Latihan peperiksaan FE Kimia: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 24 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharu Kembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Imbangan jisim

Keadaan mantap: masuk = keluar
Imbangan jumlah: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃
Imbangan komponen: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃
Penyejat: F·x_F = P·x_P, W = F − P

Imbangan tenaga

Haba ketara: Q = ṁ·c_p·ΔT
Haba pendam: Q = ṁ·h_fg
Pencampuran: Σṁc_pT_in = Σṁc_pT_out
Air: c_p ≈ 4.18 kJ/(kg·K)

Hukum gas unggul

Hukum gas unggul: pV = nRT
Pemalar gas: R = 8.314 J/(mol·K)
Hukum gas gabungan: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Mol: n = m/M
Suhu: T[K] = T[°C] + 273.15

Stoikiometri

Mol: n = m/M
Kepekatan: c = n/V
Nisbah mol: gunakan pekali persamaan seimbang
Bahan tindak balas pengehad: yang habis dahulu
Hasil peratusan: sebenar / teori × 100%

Kaedah

Tulis dan seimbangkan persamaan kimia.
Tukar jisim yang diberi kepada mol: n = m/M.
Gunakan pekali sebagai nisbah mol untuk mencari mol bahan yang anda mahu.
Tukar balik kepada jisim dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, cari bahan tindak balas pengehad dahulu.

Keseimbangan kimia

Pemalar keseimbangan: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
Jadual ICE: Awal, Perubahan (×pekali), Keseimbangan
Kuadratik: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Kaedah

Tulis K_c dengan hasil di atas bahan tindak balas, setiap satu dinaikkan kepada kuasa pekalinya.
Sediakan jadual ICE: Awal, Perubahan (dalam langkah x darab pekali), Keseimbangan.
Masukkan ungkapan keseimbangan ke dalam K_c dan selesaikan untuk x.
Semak sama ada x cukup kecil untuk anggaran; jika tidak, selesaikan kuadratik.

Kalorimetri & entalpi

Haba: q = m·c·ΔT
Air: c = 4.18 J/(g·°C)
Kalorimeter: haba hilang = haba diperoleh
Entalpi tindak balas: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Kinetik tindak balas

Peringkat pertama: ln(C_A/C_A0) = −kt
Separuh hayat (peringkat pertama): t_½ = ln 2/k
Peringkat kedua: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arrhenius: k = A·e^−E_a/(RT)
Dua suhu: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Masa ruang: τ = V/Q
CSTR, peringkat pertama: τ = X/(k·(1 − X)), C_A = C_A0/(1 + kτ)
PFR, peringkat pertama: τ = ln(1/(1 − X))/k, C_A = C_A0·e^−kτ
Penukaran daripada isi padu: CSTR: X = kτ/(1 + kτ), PFR: X = 1 − e^−kτ
N CSTR yang sama secara bersiri: X = 1 − 1/(1 + kτ_i)^N

Penukar haba (LMTD)

Beban haba: Q = U·A·ΔT_lm
Beza suhu min logaritma: ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)
Imbangan aliran: Q = ṁc_p(T_in − T_out)

Pengaliran haba

Hukum Fourier: Q̇ = kAΔT/L
Rintangan pengaliran: R = L/(kA)
Rintangan perolakan: R = 1/(hA)
Rintangan secara bersiri: Q̇ = ΔT_total/ΣR
Nilai-U: U = 1/(ΣR·A)

Geseran paip & kehilangan turus

Nombor Reynolds: Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Rejim aliran: lamina di bawah Re ≈ 2000, gelora di atas Re ≈ 4000
Halaju min: V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach: h_f = f·(L/D)·V²/(2g)
Kehilangan kecil: h_m = ΣK·V²/(2g)
Nilai K lazim: masukan 0.5, keluaran 1.0, lengkuk 90° ≈ 0.3
Susutan tekanan: Δp = ρ·g·h_f
Dua takungan terbuka: Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Keluaran bebas: H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Pam & kuasa pam

Kuasa hidraulik: P_h = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Kuasa aci: P_shaft = P_h/η_pump
Kuasa elektrik: P_el = P_shaft/η_motor
Turus pam: H = Δz + Δp/(ρ·g) + h_L
Kehilangan sistem: h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

2Soalan latihan

1.Imbangan jisimSederhana

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 20% garam? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 650 kg/hx₁ = 10 %x₂ = 30 %x₃ = 20 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.

F = 1300 kg/hx_F = 6 %x_P = 35 %

W = kg/h

3.Imbangan tenagaSederhana

campuran glikol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air t_out.

ṁ_h = 3 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 160 → 90 °Cṁ_c = 3 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 30 °C

t_out = °C

4.Imbangan tenagaSukar

minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁ_c yang diperlukan.

ṁ_h = 2.5 kg/sc_p,h = 2.1 kJ/(kg·K)T_h: 120 → 60 °Ct: 20 → 40 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Satu tangki 5 L mengandungi 240 g N₂ pada 55 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 240 gM = 28.01 g/molV = 5 LT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Hukum gas unggulSukar

Cari ketumpatan ρ bagi Ar pada 900 kPa dan 190 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 39.95 g/molP = 900 kPaT = 190 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.StoikiometriSederhana

10 g Fe₂O₃ dan 64 g CO bertindak balas mengikut Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. Berapakah jisim m bagi CO₂ yang boleh terbentuk?

M(Fe₂O₃) = 159.69M(CO) = 28.01M(CO₂) = 44.01 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas 2Mg + O₂ → 2MgO, 12 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 18.7 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 18.7 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

0.25 mol/L H₂ dan 0.25 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 50. Cari kepekatan keseimbangan [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.25 mol/LK_c = 50

[H₂] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.08 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 1.5 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 1.5 mol/LK_c = 0.08

[PCl₅] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah plumbum 75 g (c = 0.129 J/(g·°C)) pada 110 °C dijatuhkan ke dalam 250 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 21 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 75 gc_metal = 0.129 J/(g·°C)T_metal = 110 °Cm_water = 250 gT_water = 21 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari haba q yang dibebaskan apabila 25 g C₂H₅OH (M = 46.07 g/mol) terbakar sepenuhnya: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l). Berikan q sebagai nombor positif.

ΔH°f(C₂H₅OH) = −277.7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

13.Kinetik tindak balasSederhana

Satu tindak balas peringkat kedua (−r_A = k·C_A²) dalam reaktor kelompok mempunyai k = 0.2 L/(mol·min) dan bermula pada 1.5 mol/L. Berapa lamakah masa yang diambil untuk mencapai penukaran 50%? Cari t.

k = 0.2 L/(mol·min)C_A0 = 1.5 mol/LX = 50 %

t = min

14.Kinetik tindak balasSukar

Satu tindak balas peringkat pertama mempunyai k = 0.005 min⁻¹ pada 25 °C dan tenaga pengaktifan 50 kJ/mol. Reaktor kelompok kini dijalankan pada 55 °C selama 45 min. Cari penukaran X yang dicapai.

k₁ = 0.005 min⁻¹T₁ = 25 °CE_a = 50 kJ/molT₂ = 55 °Ct = 45 minR = 8.314 J/(mol·K)

X = %

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair A → B dengan k = 0.08 min⁻¹ dijalankan dalam reaktor aliran sumbat (PFR) yang disuap pada 25 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari isi padu reaktor V dalam liter untuk penukaran A sebanyak 60%.

Q = 25 L/mink = 0.08 min⁻¹X = 60%

V = L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.25 min⁻¹) berlaku dalam reaktor aliran sumbat (PFR) 1000 L yang disuap pada 100 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran X dalam peratus.

V = 1000 LQ = 100 L/mink = 0.25 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Penukar haba cangkerang-dan-tiub (satu laluan cangkerang, dua laluan tiub) mesti memindahkan 590 kW. Bendalir panas menyejuk daripada 95 kepada 75 °C dan bendalir sejuk memanas daripada 25 kepada 85 °C. Faktor pembetulan LMTD bagi susunan ini ialah F = 0.9, dan U = 200 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

Q̇ = 590 kWF = 0.9U = 200 W/(m²·K)T_h: 95 → 75 °CT_c: 25 → 85 °C

A = m²

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Dalam penukar haba paip dwi aliran songsang, minyak panas (0.5 kg/s, c_p = 2.3 kJ/(kg·K)) mengalir dalam tiub dalam dan menyejuk daripada 130 kepada 55 °C. Air (1.5 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) dalam anulus masuk pada 15 °C. Tiub dalam berdiameter 25 mm, dan U = 200 W/(m²·K) berdasarkan diameter ini. Cari panjang tiub L yang diperlukan.

ṁ_h = 0.5 kg/sc_p,h = 2.3 kJ/(kg·K)T_h: 130 → 55 °Cṁ_c = 1.5 kg/sT_c,in = 15 °CD = 25 mmU = 200 W/(m²·K)

L = m

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 150 mm konkrit dan 50 mm papan gipsum, dengan luas 6 m². Muka luarnya berada pada 16 °C dan 10 °C. Cari suhu T_i pada antara muka dua lapisan itu.

L₁ = 150 mm, k₁ = 1.4 W/(m·K)L₂ = 50 mm, k₂ = 0.17 W/(m·K)A = 6 m²T₁ = 16 °CT₃ = 10 °C

T_i = °C

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 150 mm bulu mineral dan 50 mm polistirena terkembang memisahkan bilik pada 22 °C daripada udara luar pada -12 °C. Pekali perolakan ialah 6 W/(m²·K) di dalam dan 20 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 15 m². Cari pekali pemindahan haba keseluruhan U bagi dinding.

L₁ = 150 mm, k₁ = 0.04 W/(m·K)L₂ = 50 mm, k₂ = 0.035 W/(m·K)A = 15 m²h_i = 6 W/(m²·K)h_o = 20 W/(m²·K)T_room = 22 °CT_out = -12 °C

U = W/(m²·K)

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada 75 L/s melalui paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 250 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.028 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

Q = 75 L/sL = 100 mD = 250 mmf = 0.028g = 9.81 m/s²

h_f = m

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 300 m dengan diameter dalam 300 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.015. Permukaan air takungan atas berada 20 m di atas takungan bawah. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 10) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kadar alir Q dalam L/s.

Δz = 20 mL = 300 mD = 300 mmf = 0.015K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×3)K_valve = 10K_exit = 1.0

Q = L/s

23.Pam & kuasa pamSederhana

Satu pam menghantar 40 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 32 m. Kecekapan pam ialah 70% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 88%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik P_el yang diambil oleh motor, dalam kW.

Q = 40 L/sH = 32 mη_pump = 70%η_motor = 88%g = 9.81 m/s²

P_el = kW

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 20 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 6 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 500 m dengan diameter dalam 100 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.025; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 8 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.

Q = 20 L/sΔz = 6 mL = 500 mD = 100 mmf = 0.025ΣK = 8

H = m

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 650 kg/h

Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.

Imbangan

Total: ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂

garam: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = (ṁ₁ + ṁ₂)x₃

Selesaikan untuk ṁ₂

ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂) = 650·(10 − 20)/(20 − 30) = 650 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 650 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 1077 kg/h

Komponen penghubung: komponen yang melalui satu aliran tanpa berubah (di sini zat terlarut) menghubungkan aliran secara langsung. Kemudian imbangan jumlah memberikan yang selebihnya.

Imbangan zat terlarut

F·x_F = P·x_P → P = 1300·6/35 = 222.9 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 1300 − 222.9 = 1077 kg/h

Jawapan

W = 1077 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 90.29 °C

Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁ_hc_p,h(T_h,in − T_h,out) = ṁ_cc_p,c(t_out − t_in).

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 3·3.6·(160 − 90) = 756 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 30 + 756/(3·4.18) = 90.29 °C

Jawapan

t_out = 90.29 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 3.203 kg/s

Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.

Haba dibebaskan

Q_h = 2.5·2.1·(120 − 60) = 315 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.15)·315 = 267.8 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 267.8/(4.18·20) = 3.203 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 3.203 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 4675 kPa

Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.

Mol

n = m/M = 240/28.01 = 8.568 mol

T = 55 + 273.15 = 328.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 8.568·8.314·328.1/0.005 = 4675 kPa

Jawapan

P = 4675 kPa

6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 9.337 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 190 + 273.15 = 463.1 K

Ketumpatan

ρ = 900·39.95/(8.314·463.1) = 9.337 kg/m³

Jawapan

ρ = 9.337 kg/m³

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 8.268 g

Stoikiometri: persamaan seimbang mengira zarah, bukan gram. Tukar jisim kepada mol dengan n = m/M, gunakan pekali persamaan sebagai nisbah mol, kemudian tukar balik dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, bahan tindak balas pengehad ialah yang habis dahulu dan menentukan berapa banyak hasil terbentuk.

Mol setiap bahan tindak balas

n(Fe₂O₃) = 10/159.69 = 0.06262 mol

n(CO) = 64/28.01 = 2.285 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.06262/1 = 0.06262, 2.285/3 = 0.7616 → Fe₂O₃

Jisim hasil

n(CO₂) = 0.06262·3 = 0.1879 mol

m = 0.1879·44.01 = 8.268 g

Jawapan

m = 8.268 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 94 %

Hasil teori

n(Mg) = 12/24.31 = 0.4936 mol

m = 0.4936·2/2·40.3 = 19.89 g

Hasil peratusan

Y = 18.7/19.89·100 = 94%

Jawapan

Y = 94%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [H₂] = 0.05512 mol/L

Keseimbangan kimia: bagi aA + bB ⇌ cC + dD, pemalar keseimbangan ialah K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), menggunakan kepekatan pada keseimbangan. Jadual ICE (Awal, Perubahan, Keseimbangan) menghubungkan jumlah permulaan dengan jumlah keseimbangan melalui satu nilai tidak diketahui x, diskalakan oleh pekali.

Ungkapan keseimbangan

50 = (2x)²/(0.25 − x)²

Ambil punca kuasa dua

7.071 = 2x/(0.25 − x) → x = 0.25·7.071/(2 + 7.071) = 0.1949 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[H₂] = 0.25 − x = 0.05512 mol/L

Jawapan

[H₂] = 0.05512 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [PCl₅] = 1.191 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.08 = x²/(1.5 − x) → x² + 0.08·x − 0.12 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.08 + √(0.08² + 4·0.12))/2 = 0.3087 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[PCl₅] = 1.5 − 0.3087 = 1.191 mol/L

Jawapan

[PCl₅] = 1.191 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 21.82 °C

Haba dan entalpi: memanaskan sesuatu bahan memerlukan q = m·c·ΔT. Dalam kalorimeter, haba yang hilang oleh objek panas sama dengan haba yang diperoleh objek sejuk. Perubahan entalpi sesuatu tindak balas diperoleh daripada entalpi pembentukan: ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab dengan pekalinya.

Imbangan haba

75·0.129·(110 − T_f) = 250·4.18·(T_f − 21)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (9.675·110 + 1045·21)/(9.675 + 1045) = 21.82 °C

Jawapan

T_f = 21.82 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: q = 741.6 kJ

Entalpi tindak balas

ΔH° = [2·(−393.5) + 3·(−285.8)] − [1·(−277.7) + 3·0] = −1367 kJ

Haba untuk jisim yang diberi

n = 25/46.07 = 0.5427 mol

q = n·|ΔH°/1| = 0.5427·1367 = 741.6 kJ

Jawapan

q = 741.6 kJ

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: t = 3.333 min

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Kepekatan pada akhir

C_A = 1.5·(1 − 0.5) = 0.75 mol/L

Hukum peringkat kedua teramir

t = (1/C_A − 1/C_A0)/k = (1.333 − 0.6667)/0.2 = 3.333 min

Jawapan

t = 3.333 min

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: X = 75.89 %

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Pemalar kadar pada suhu baharu

T₁ = 298.1 K, T₂ = 328.1 K

k₂ = 0.005·e^{−(50000/8.314)·(1/328.1 − 1/298.1)} = 0.03161 min⁻¹

Penukaran

X = 1 − e^{−0.03161·45} = 1 − 0.2411 = 75.89 %

Jawapan

X = 75.89 %

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: V = 286.3 L

Reaktor unggul, tindak balas peringkat pertama (−r_A = k·C_A) pada keadaan mantap, dengan masa ruang τ = V/Q. CSTR bercampur sempurna, jadi seluruh isi padu bertindak balas pada kepekatan keluaran yang rendah: τ = X/(k·(1 − X)) dan C_A = C_A0/(1 + k·τ). Dalam PFR setiap hirisan bendalir bertindak balas seperti reaktor kelompok kecil: τ = ln(1/(1 − X))/k dan C_A = C_A0·e^−k·τ. Untuk penukaran yang sama CSTR sentiasa memerlukan isi padu lebih besar daripada PFR.

Masa ruang

τ = ln(1/(1 − 0.6))/0.08 = 0.9163/0.08 = 11.45 min

Isi padu

V = Q·τ = 25·11.45 = 286.3 L

Jawapan

V = 286.3 L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 91.79 %

Masa ruang

τ = V/Q = 1000/100 = 10 min, kτ = 0.25·10 = 2.5

Penukaran

X = 1 − e^−kτ = 1 − e^−2.5 = 91.79%

Jawapan

X = 91.79%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 131.9 m²

LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔT_lm, with ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔT_lm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.

Beza suhu hujung (aliran songsang)

Dalam aliran berlawanan, masukan panas bertentangan dengan keluaran sejuk, dan keluaran panas bertentangan dengan masukan sejuk.

ΔT₁ = T_h,in − T_c,out = 95 − 85 = 10 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 75 − 25 = 50 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (10 − 50)/ln(10/50) = 24.85 K

Luas

A = Q̇/(U·F·ΔT_lm,cf) = 590000/(200·0.9·24.85) = 131.9 m²

Jawapan

A = 131.9 m²

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: L = 83.26 m

Beban haba dan suhu keluaran air

Q̇ = 0.5·2.3·(130 − 55) = 86.25 kW

T_c,out = 15 + 86.25/(1.5·4.18) = 28.76 °C

Beza suhu hujung

Dalam aliran berlawanan, masukan panas bertentangan dengan keluaran sejuk, dan keluaran panas bertentangan dengan masukan sejuk.

ΔT₁ = T_h,in − T_c,out = 130 − 28.76 = 101.2 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 55 − 15 = 40 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (101.2 − 40)/ln(101.2/40) = 65.95 K

Luas dan panjang

A = 86250/(200·65.95) = 6.539 m²

L = A/(πD) = 6.539/(π·0.025) = 83.26 m

Jawapan

L = 83.26 m

19.Pengaliran haba

Jawapan: T_i = 14.4 °C

Rintangan terma: aliran haba mantap melalui lapisan secara bersiri berkelakuan seperti arus melalui perintang secara bersiri: Q̇ = ΔT/ΣR, dengan R = L/(kA) bagi lapisan pengalir dan R = 1/(hA) bagi permukaan perolakan. Susutan suhu merentasi setiap lapisan berkadar dengan rintangannya.

Rintangan lapisan

R₁ = L₁/(k₁A) = (150/1000)/(1.4·6) = 0.01786 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (50/1000)/(0.17·6) = 0.04902 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 6/0.06688 = 89.72 W

Suhu antara muka

Suhu menurun merentasi lapisan pertama sebanyak Q̇·R₁.

T_i = T₁ − Q̇·R₁ = 16 − 89.72·0.01786 = 14.4 °C

Jawapan

T_i = 14.4 °C

20.Pengaliran haba

Jawapan: U = 0.1853 W/(m²·K)

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(6·15) = 0.01111 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (150/1000)/(0.04·15) = 0.25 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (50/1000)/(0.035·15) = 0.09524 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(20·15) = 0.003333 K/W

ΣR = 0.3597 K/W

Pekali keseluruhan

U = 1/(A·ΣR) = 1/(15·0.3597) = 0.1853 W/(m²·K)

Jawapan

U = 0.1853 W/(m²·K)

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 1.333 m

Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach h_f = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil h_m = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = h_f + h_m, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.

Halaju min

A = π·0.25²/4 = 0.04909 m²

V = Q/A = 0.075/0.04909 = 1.528 m/s

Turus halaju

V²/(2g) = 1.528²/(2·9.81) = 0.119 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.028·(100/0.25)·1.528²/(2·9.81) = 1.333 m

Jawapan

h_f = 1.333 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: Q = 267.5 L/s

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.015·300/0.3 = 15

ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 10 + 1.0 = 12.4

Persamaan tenaga

Kedua-dua permukaan terbuka kepada udara dan hampir pegun, jadi seluruh Δz hilang dalam paip.

20 = (15 + 12.4)·V²/(2·9.81)

V = √(2·9.81·20/27.4) = 3.784 m/s

Kadar alir

Q = V·π·D²/4 = 3.784·0.07069 = 0.2675 m³/s = 267.5 L/s

Jawapan

Q = 267.5 L/s

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_el = 20.38 kW

Kuasa pam: kuasa yang diberikan kepada air ialah kuasa hidraulik P_h = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Aci mesti menyalurkan lebih kerana pam kehilangan sebahagian: P_shaft = P_h/η_pump, dan motor mengambil P_el = P_shaft/η_motor. Turus pam H diperoleh daripada persamaan tenaga: ketinggian statik + turus tekanan + semua kehilangan geseran dan kehilangan kecil.

Kuasa hidraulik

P_h = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.04·32 = 12.56 kW

Kuasa aci

P_shaft = 12.56/0.7 = 17.94 kW

Kuasa elektrik

P_el = 17.94/0.88 = 20.38 kW

Jawapan

P_el = 20.38 kW

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: H = 49.96 m

Halaju

V = Q/A = 0.02/0.007854 = 2.546 m/s

V²/(2g) = 0.3305 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (125 + 8)·0.3305 = 43.96 m

Turus pam

Kedua-dua permukaan terbuka dan hampir pegun, jadi sebutan tekanan dan halaju tersingkir.

H = Δz + h_L = 6 + 43.96 = 49.96 m

Jawapan

H = 49.96 m

Ini ialah bahan latihan bebas. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau disokong oleh organisasi yang mengendalikan peperiksaan ini, dan nama peperiksaan hanya digunakan untuk menerangkan kandungannya. FE exam dikendalikan oleh NCEES, yang tidak bergabung dengan ExamProblems dan tidak menyokongnya.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-chemical

Latihan peperiksaan FE Kimia: pek ulang kaji kilat

1Formula dan kaedah

Imbangan jisim

Imbangan tenaga

Hukum gas unggul

Stoikiometri

Kaedah

Keseimbangan kimia

Kaedah

Kalorimetri & entalpi

Kinetik tindak balas

Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Penukar haba (LMTD)

Pengaliran haba

Geseran paip & kehilangan turus

Pam & kuasa pam

2Soalan latihan

3Larutan

Imbangan

Selesaikan untuk ṁ2

Jawapan

Imbangan zat terlarut

Imbangan jumlah

Jawapan

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Haba yang diserap oleh air

Jawapan

Haba dibebaskan

Haba yang sampai kepada air

Kadar alir air

Jawapan

Mol

Tekanan

Jawapan

Susun semula hukum gas

Ketumpatan

Jawapan

Mol setiap bahan tindak balas

Bahan tindak balas pengehad

Jisim hasil

Jawapan

Hasil teori

Hasil peratusan

Jawapan

Ungkapan keseimbangan

Ambil punca kuasa dua

Kepekatan keseimbangan

Jawapan

Ungkapan keseimbangan

Selesaikan kuadratik

Kepekatan keseimbangan

Jawapan

Imbangan haba

Selesaikan untuk suhu akhir

Jawapan

Entalpi tindak balas

Haba untuk jisim yang diberi

Jawapan

Kepekatan pada akhir

Hukum peringkat kedua teramir

Jawapan

Pemalar kadar pada suhu baharu

Penukaran

Jawapan

Masa ruang

Isi padu

Jawapan

Masa ruang

Penukaran

Jawapan

Beza suhu hujung (aliran songsang)

Beza suhu min logaritma

Luas

Jawapan

Beban haba dan suhu keluaran air

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Luas dan panjang

Jawapan

Rintangan lapisan

Selesaikan untuk ṁ₂