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 25% gula? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 200 kg/hx₁ = 15 %x₂ = 35 %x₃ = 25 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.

F = 3300 kg/hx_F = 6 %x_P = 40 %

P = kg/h

3.Imbangan tenagaSederhana

minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air t_out.

ṁ_h = 1 kg/sc_p,h = 2.1 kJ/(kg·K)T_h: 180 → 120 °Cṁ_c = 2 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 20 °C

t_out = °C

4.Imbangan tenagaSukar

etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁ_c yang diperlukan.

ṁ_h = 1.5 kg/sc_p,h = 2.44 kJ/(kg·K)T_h: 160 → 70 °Ct: 25 → 65 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 480 g Ar pada 750 kPa dan 45 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 480 gM = 39.95 g/molP = 750 kPaT = 45 °CR = 8.314 J/(mol·K)

V = L

6.Hukum gas unggulSukar

Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 150 kPa, 5 L, 20 °C kepada 300 kPa dan 200 °C. Cari isi padu baharu V₂.

P₁ = 150 kPaV₁ = 5 LT₁ = 20 °CP₂ = 300 kPaT₂ = 200 °C

V₂ = L

7.StoikiometriSederhana

6 g Al dan 32 g Cl₂ bertindak balas mengikut 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. Berapakah jisim m bagi AlCl₃ yang boleh terbentuk?

M(Al) = 26.98M(Cl₂) = 70.9M(AlCl₃) = 133.33 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas 2H₂ + O₂ → 2H₂O, 12 g H₂ bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 66.5 g H₂O dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(H₂) = 2.016 g/molM(H₂O) = 18.02 g/molsebenar: 66.5 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

0.4 mol/L H₂ dan 0.4 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 25. Cari kepekatan keseimbangan [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.4 mol/LK_c = 25

[H₂] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.2 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 0.4 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0.4 mol/LK_c = 0.2

[Cl₂] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah plumbum 150 g (c = 0.129 J/(g·°C)) pada 90 °C dijatuhkan ke dalam 200 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 16 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 150 gc_metal = 0.129 J/(g·°C)T_metal = 90 °Cm_water = 200 gT_water = 16 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari ΔH° bagi tindak balas C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l).

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

ΔH° = kJ

13.Kinetik tindak balasSederhana

Satu tindak balas dengan hukum kadar −r_A = k·C_A² mempunyai k = 0.05 L/(mol·min) dan bermula pada 1.5 mol/L. Cari kepekatan C_A selepas 30 min.

k = 0.05 L/(mol·min)C_A0 = 1.5 mol/Lt = 30 min

C_A = mol/L

14.Kinetik tindak balasSukar

Pemalar kadar suatu tindak balas ialah 0.05 min⁻¹ pada 20 °C dan 2.01 min⁻¹ pada 60 °C. Cari tenaga pengaktifan E_a.

k₁ = 0.05 min⁻¹T₁ = 20 °Ck₂ = 2.01 min⁻¹T₂ = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair A → B dengan k = 0.25 min⁻¹ dijalankan dalam reaktor aliran sumbat (PFR) yang disuap pada 5 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari isi padu reaktor V dalam liter untuk penukaran A sebanyak 95%.

Q = 5 L/mink = 0.25 min⁻¹X = 95%

V = L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.2 min⁻¹) berlaku dalam dua CSTR yang sama secara bersiri, setiap satu 1500 L. Kadar suapan ialah 50 L/min, ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran keseluruhan X dalam peratus.

V = 1500 L (×2)Q = 50 L/mink = 0.2 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Dalam sebuah kondenser, stim memeluwap pada 140 °C yang malar di luar tiub. Air penyejuk (0.5 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) mengalir melalui tiub dan memanas daripada 25 kepada 90 °C. Pekali pemindahan haba keseluruhan ialah 2000 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

T_s = 140 °Cṁ = 0.5 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c: 25 → 90 °CU = 2000 W/(m²·K)

A = m²

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Dalam penukar haba aliran songsang kedua-dua aliran mempunyai kadar muatan haba yang sama, ṁ·c_p = 2 kW/K. Aliran panas masuk pada 80 °C dan aliran sejuk pada 30 °C. Penukar itu mempunyai A = 3 m² dan U = 300 W/(m²·K). Cari suhu keluar panas T_h,out.

C_h = C_c = 2 kW/KT_h,in = 80 °CT_c,in = 30 °CA = 3 m²U = 300 W/(m²·K)

T_h,out = °C

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 200 mm bata dan 50 mm bulu mineral, dengan luas 10 m². Muka luarnya berada pada 20 °C dan -13 °C. Cari aliran haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 200 mm, k₁ = 0.72 W/(m·K)L₂ = 50 mm, k₂ = 0.04 W/(m·K)A = 10 m²T₁ = 20 °CT₃ = -13 °C

Q̇ = W

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 200 mm kayu dan 100 mm papan gipsum memisahkan bilik pada 20 °C daripada udara luar pada 5 °C. Pekali perolakan ialah 10 W/(m²·K) di dalam dan 25 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 10 m². Cari pekali pemindahan haba keseluruhan U bagi dinding.

L₁ = 200 mm, k₁ = 0.17 W/(m·K)L₂ = 100 mm, k₂ = 0.17 W/(m·K)A = 10 m²h_i = 10 W/(m²·K)h_o = 25 W/(m²·K)T_room = 20 °CT_out = 5 °C

U = W/(m²·K)

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada 20 L/s melalui paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 150 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.028 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

Q = 20 L/sL = 100 mD = 150 mmf = 0.028g = 9.81 m/s²

h_f = m

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.015. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 4 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 2) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Apakah beza aras air Δz antara takungan yang memberikan kadar alir 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 100 mD = 200 mmf = 0.015K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×4)K_valve = 2K_exit = 1.0

Δz = m

23.Pam & kuasa pamSederhana

Satu pam menghantar 40 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 56 m. Kecekapan pam ialah 85% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 90%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik P_el yang diambil oleh motor, dalam kW.

Q = 40 L/sH = 56 mη_pump = 85%η_motor = 90%g = 9.81 m/s²

P_el = kW

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 75 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 19 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 600 m dengan diameter dalam 200 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 = 75 L/sΔz = 19 mL = 600 mD = 200 mmf = 0.025ΣK = 8

H = m

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 200 kg/h

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

Imbangan

Total: ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂

gula: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = (ṁ₁ + ṁ₂)x₃

Selesaikan untuk ṁ₂

ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂) = 200·(15 − 25)/(25 − 35) = 200 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 200 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 495 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 = 3300·6/40 = 495 kg/h

Jawapan

P = 495 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 35.07 °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 = 1·2.1·(180 − 120) = 126 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 20 + 126/(2·4.18) = 35.07 °C

Jawapan

t_out = 35.07 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 1.872 kg/s

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

Haba dibebaskan

Q_h = 1.5·2.44·(160 − 70) = 329.4 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.05)·329.4 = 312.9 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 312.9/(4.18·40) = 1.872 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 1.872 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 42.37 L

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

Mol

n = 480/39.95 = 12.02 mol

T = 45 + 273.15 = 318.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 12.02·8.314·318.1/750 = 42.37 L

Jawapan

V = 42.37 L

6.Hukum gas unggul

Jawapan: V₂ = 4.035 L

Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Suhu mutlak

T₁ = 293.1 K, T₂ = 473.1 K

Hukum gas gabungan

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 5·(150/300)·(473.1/293.1) = 4.035 L

Jawapan

V₂ = 4.035 L

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 29.65 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(Al) = 6/26.98 = 0.2224 mol

n(Cl₂) = 32/70.9 = 0.4513 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.2224/2 = 0.1112, 0.4513/3 = 0.1504 → Al

Jisim hasil

n(AlCl₃) = 0.1112·2 = 0.2224 mol

m = 0.2224·133.33 = 29.65 g

Jawapan

m = 29.65 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 62 %

Hasil teori

n(H₂) = 12/2.016 = 5.952 mol

m = 5.952·2/2·18.02 = 107.3 g

Hasil peratusan

Y = 66.5/107.3·100 = 62%

Jawapan

Y = 62%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [H₂] = 0.1143 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

25 = (2x)²/(0.4 − x)²

Ambil punca kuasa dua

5 = 2x/(0.4 − x) → x = 0.4·5/(2 + 5) = 0.2857 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[H₂] = 0.4 − x = 0.1143 mol/L

Jawapan

[H₂] = 0.1143 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [Cl₂] = 0.2 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.2 = x²/(0.4 − x) → x² + 0.2·x − 0.08 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.2 + √(0.2² + 4·0.08))/2 = 0.2 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[Cl₂] = x = 0.2 mol/L

Jawapan

[Cl₂] = 0.2 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 17.67 °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

150·0.129·(90 − T_f) = 200·4.18·(T_f − 16)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (19.35·90 + 836·16)/(19.35 + 836) = 17.67 °C

Jawapan

T_f = 17.67 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: ΔH° = −1367 kJ

Entalpi tindak balas

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

Jawapan

ΔH° = −1367 kJ

Negatif: tindak balas membebaskan haba (eksotermik).

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: C_A = 0.4615 mol/L

Kadar tindak balas: bagi tindak balas peringkat pertama −dC/dt = kC, jadi C = C₀·e^−kt dan separuh hayat ln 2/k tidak bergantung pada kepekatan. Bagi tindak balas peringkat kedua 1/C = 1/C₀ + kt. Pemalar kadar meningkat dengan suhu mengikut Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Hukum peringkat kedua teramir

1/C_A = 1/C_A0 + kt = 0.6667 + 0.05·30 = 2.167 L/mol

C_A = 1/2.167 = 0.4615 mol/L

Jawapan

C_A = 0.4615 mol/L

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: E_a = 74.98 kJ/mol

Suhu mutlak

T₁ = 293.1 K, T₂ = 333.1 K

Selesaikan Arrhenius untuk Ea

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8.314·3.694/(-4.096e-4) = 74983 J/mol

E_a = 74.98 kJ/mol

Jawapan

E_a = 74.98 kJ/mol

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: V = 59.91 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 − 0.95))/0.25 = 2.996/0.25 = 11.98 min

Isi padu

V = Q·τ = 5·11.98 = 59.91 L

Jawapan

V = 59.91 L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 97.96 %

Masa ruang

τ = V/Q = 1500/50 = 30 min, kτ = 0.2·30 = 6

Penukaran

C₁/C_A0 = 1/(1 + kτ) = 1/(1 + 6) = 0.1429

C₂/C_A0 = 1/(1 + kτ)² = 0.02041

X = 1 − 0.02041 = 97.96%

Jawapan

X = 97.96%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 0.8704 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.

Beban haba daripada bahagian air

Q̇ = 0.5·4.18·(90 − 25) = 135.8 kW

Beza suhu hujung

ΔT₁ = 140 − 25 = 115 K

ΔT₂ = 140 − 90 = 50 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (115 − 50)/ln(115/50) = 78.04 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 135850/(2000·78.04) = 0.8704 m²

Jawapan

A = 0.8704 m²

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: T_h,out = 64.48 °C

Beza suhu malar

Bahagian keluar sejuk berhadapan dengan bahagian masuk panas: T_c,out = T_c,in + (T_h,in − T_h,out), maka ΔT₁ = T_h,in − T_c,out = T_h,out − T_c,in = ΔT₂.

ΔT_lm = T_h,out − T_c,in

Imbangan tenaga sama dengan persamaan kadar

2·(80 − T_h,out) = 0.9·(T_h,out − 30)

T_h,out = (2·80 + 0.9·30)/(2 + 0.9) = 64.48 °C

Jawapan

T_h,out = 64.48 °C

Haba yang dipindahkan: Q̇ = 31.03 kW; aliran sejuk keluar pada 45.52 °C.

19.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 216 W

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) = (200/1000)/(0.72·10) = 0.02778 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (50/1000)/(0.04·10) = 0.125 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 33/0.1528 = 216 W

Jawapan

Q̇ = 216 W

20.Pengaliran haba

Jawapan: U = 0.525 W/(m²·K)

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(10·10) = 0.01 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (200/1000)/(0.17·10) = 0.1176 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (100/1000)/(0.17·10) = 0.05882 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(25·10) = 0.004 K/W

ΣR = 0.1905 K/W

Pekali keseluruhan

U = 1/(A·ΣR) = 1/(10·0.1905) = 0.525 W/(m²·K)

Jawapan

U = 0.525 W/(m²·K)

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 1.219 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·0.15²/4 = 0.01767 m²

V = Q/A = 0.02/0.01767 = 1.132 m/s

Turus halaju

V²/(2g) = 1.132²/(2·9.81) = 0.06529 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.028·(100/0.15)·1.132²/(2·9.81) = 1.219 m

Jawapan

h_f = 1.219 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: Δz = 1.008 m

Halaju

V = Q/A = 0.04/0.03142 = 1.273 m/s

V²/(2g) = 0.08263 m

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.015·100/0.2 = 7.5

ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 2 + 1.0 = 4.7

Jumlah kehilangan turus

h_f = 7.5·0.08263 = 0.6197 m

h_m = 4.7·0.08263 = 0.3883 m

Δz = h_f + h_m = 1.008 m

Jawapan

Δz = 1.008 m

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_el = 28.72 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 = 1000·9.81·0.04·56 = 21.97 kW

Kuasa aci

P_shaft = 21.97/0.85 = 25.85 kW

Kuasa elektrik

P_el = 25.85/0.9 = 28.72 kW

Jawapan

P_el = 28.72 kW

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: H = 43.11 m

Halaju

V = Q/A = 0.075/0.03142 = 2.387 m/s

V²/(2g) = 0.2905 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (75 + 8)·0.2905 = 24.11 m

Turus pam

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

H = Δz + h_L = 19 + 24.11 = 43.11 m

Jawapan

H = 43.11 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

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

Isi padu

Jawapan

Suhu mutlak

Hukum gas gabungan

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

Jawapan

Hukum peringkat kedua teramir

Jawapan

Suhu mutlak

Selesaikan Arrhenius untuk Ea

Jawapan

Masa ruang

Isi padu

Jawapan

Masa ruang

Penukaran

Jawapan

Beban haba daripada bahagian air

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Luas

Jawapan

Beza suhu malar

Imbangan tenaga sama dengan persamaan kadar

Jawapan

Rintangan lapisan

Aliran haba

Jawapan

Rintangan secara bersiri

Pekali keseluruhan

Selesaikan untuk ṁ₂