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% garam? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 250 kg/hx₁ = 10 %x₂ = 30 %x₃ = 25 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

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

F = 1200 kg/hx_F = 18 %x_P = 45 %

P = 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 = 1.5 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 180 → 60 °Cṁ_c = 1.5 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 10% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁ_c yang diperlukan.

ṁ_h = 1 kg/sc_p,h = 2.1 kJ/(kg·K)T_h: 120 → 80 °Ct: 20 → 65 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Satu tangki 30 L mengandungi 460 g Ar pada 60 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 460 gM = 39.95 g/molV = 30 LT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Hukum gas unggulSukar

Cari ketumpatan ρ bagi N₂ pada 900 kPa dan 70 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 28.01 g/molP = 900 kPaT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.StoikiometriSederhana

4 g H₂ dan 10 g O₂ bertindak balas mengikut 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Berapakah jisim m bagi H₂O yang boleh terbentuk?

M(H₂) = 2.016M(O₂) = 32M(H₂O) = 18.02 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas 2Mg + O₂ → 2MgO, 4 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 5.17 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 5.17 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

1 mol/L H₂ dan 1 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 4. Cari kepekatan keseimbangan [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 1 mol/LK_c = 4

[H₂] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.05 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 0.25 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0.25 mol/LK_c = 0.05

[PCl₅] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah plumbum 200 g (c = 0.129 J/(g·°C)) pada 100 °C dijatuhkan ke dalam 100 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 25 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 200 gc_metal = 0.129 J/(g·°C)T_metal = 100 °Cm_water = 100 gT_water = 25 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari ΔH° bagi tindak balas CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l).

ΔH°f(CH₄) = −74.8 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 = 0.25 L/(mol·min) dan bermula pada 1.5 mol/L. Cari kepekatan C_A selepas 15 min.

k = 0.25 L/(mol·min)C_A0 = 1.5 mol/Lt = 15 min

C_A = mol/L

14.Kinetik tindak balasSukar

Satu tindak balas mempunyai pemalar kadar 0.005 min⁻¹ pada 20 °C dan tenaga pengaktifan 60 kJ/mol. Cari pemalar kadar k₂ pada 45 °C.

k₁ = 0.005 min⁻¹T₁ = 20 °CT₂ = 45 °CE_a = 60 kJ/molR = 8.314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair A → B dengan k = 0.2 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 85%.

Q = 5 L/mink = 0.2 min⁻¹X = 85%

V = L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.12 min⁻¹) berlaku dalam reaktor aliran sumbat (PFR) 800 L yang disuap pada 25 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran X dalam peratus.

V = 800 LQ = 25 L/mink = 0.12 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Penukar haba aliran songsang memindahkan 140 kW. Luas pemindahan habanya ialah 15 m². Bendalir panas menyejuk daripada 150 kepada 125 °C dan bendalir sejuk memanas daripada 30 kepada 135 °C. Cari pekali pemindahan haba keseluruhan U.

Q̇ = 140 kWA = 15 m²T_h: 150 → 125 °CT_c: 30 → 135 °C

U = W/(m²·K)

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Stim memeluwap pada 130 °C yang malar di luar tiub sebuah kondenser dengan luas pemindahan haba 4 m² dan U = 2500 W/(m²·K). Air penyejuk (1 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) masuk ke dalam tiub pada 10 °C. Cari suhu keluar air T_c,out.

T_s = 130 °CA = 4 m²U = 2500 W/(m²·K)ṁ = 1 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 10 °C

T_c,out = °C

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 250 mm polistirena terkembang dan 75 mm kayu, dengan luas 15 m². Muka luarnya berada pada 21 °C dan -3 °C. Cari suhu T_i pada antara muka dua lapisan itu.

L₁ = 250 mm, k₁ = 0.035 W/(m·K)L₂ = 75 mm, k₂ = 0.17 W/(m·K)A = 15 m²T₁ = 21 °CT₃ = -3 °C

T_i = °C

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 50 mm bulu mineral dan 100 mm konkrit memisahkan bilik pada 21 °C daripada udara luar pada -8 °C. Pekali perolakan ialah 6 W/(m²·K) di dalam dan 25 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 6 m². Cari kehilangan haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 50 mm, k₁ = 0.04 W/(m·K)L₂ = 100 mm, k₂ = 1.4 W/(m·K)A = 6 m²h_i = 6 W/(m²·K)h_o = 25 W/(m²·K)T_room = 21 °CT_out = -8 °C

Q̇ = W

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada halaju min 3 m/s melalui paip sepanjang 500 m dengan diameter dalam 75 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.028 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

V = 3 m/sL = 500 mD = 75 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 150 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.022. Permukaan air takungan atas berada 14 m di atas takungan bawah. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 2 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 = 14 mL = 100 mD = 150 mmf = 0.022K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×2)K_valve = 10K_exit = 1.0

Q = L/s

23.Pam & kuasa pamSederhana

Satu pam menghantar 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 54 m. Kecekapan pam ialah 72% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 92%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik P_el yang diambil oleh motor, dalam kW.

Q = 15 L/sH = 54 mη_pump = 72%η_motor = 92%g = 9.81 m/s²

P_el = kW

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 10 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 150 m dengan diameter dalam 100 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.015; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 8 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Tangki atas tertutup dan udara di atas airnya berada pada tekanan tolok 100 kPa. Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.

Q = 10 L/sΔz = 6 mL = 150 mD = 100 mmf = 0.015ΣK = 8p_tank = 100 kPa

H = m

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 750 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) = 250·(10 − 25)/(25 − 30) = 750 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 750 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 480 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 = 1200·18/45 = 480 kg/h

Jawapan

P = 480 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 133.3 °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 = 1.5·3.6·(180 − 60) = 648 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 30 + 648/(1.5·4.18) = 133.3 °C

Jawapan

t_out = 133.3 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 0.4019 kg/s

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

Haba dibebaskan

Q_h = 1·2.1·(120 − 80) = 84 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.1)·84 = 75.6 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 75.6/(4.18·45) = 0.4019 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 0.4019 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 1063 kPa

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

Mol

n = m/M = 460/39.95 = 11.51 mol

T = 60 + 273.15 = 333.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 11.51·8.314·333.1/0.03 = 1063 kPa

Jawapan

P = 1063 kPa

6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 8.836 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 70 + 273.15 = 343.1 K

Ketumpatan

ρ = 900·28.01/(8.314·343.1) = 8.836 kg/m³

Jawapan

ρ = 8.836 kg/m³

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 11.26 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(H₂) = 4/2.016 = 1.984 mol

n(O₂) = 10/32 = 0.3125 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.984/2 = 0.9921, 0.3125/1 = 0.3125 → O₂

Jisim hasil

n(H₂O) = 0.3125·2 = 0.625 mol

m = 0.625·18.02 = 11.26 g

Jawapan

m = 11.26 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 77.97 %

Hasil teori

n(Mg) = 4/24.31 = 0.1645 mol

m = 0.1645·2/2·40.3 = 6.631 g

Hasil peratusan

Y = 5.17/6.631·100 = 77.97%

Jawapan

Y = 77.97%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [H₂] = 0.5 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

4 = (2x)²/(1 − x)²

Ambil punca kuasa dua

2 = 2x/(1 − x) → x = 1·2/(2 + 2) = 0.5 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[H₂] = 1 − x = 0.5 mol/L

Jawapan

[H₂] = 0.5 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [PCl₅] = 0.1604 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.05 = x²/(0.25 − x) → x² + 0.05·x − 0.0125 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.05 + √(0.05² + 4·0.0125))/2 = 0.08956 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[PCl₅] = 0.25 − 0.08956 = 0.1604 mol/L

Jawapan

[PCl₅] = 0.1604 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 29.36 °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

200·0.129·(100 − T_f) = 100·4.18·(T_f − 25)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (25.8·100 + 418·25)/(25.8 + 418) = 29.36 °C

Jawapan

T_f = 29.36 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: ΔH° = −890.3 kJ

Entalpi tindak balas

ΔH° = [1·(−393.5) + 2·(−285.8)] − [1·(−74.8) + 2·0] = −890.3 kJ

Jawapan

ΔH° = −890.3 kJ

Negatif: tindak balas membebaskan haba (eksotermik).

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: C_A = 0.2264 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 + 0.25·15 = 4.417 L/mol

C_A = 1/4.417 = 0.2264 mol/L

Jawapan

C_A = 0.2264 mol/L

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: k₂ = 0.0346 min⁻¹

Suhu mutlak

T₁ = 293.1 K, T₂ = 318.1 K

Nisbah Arrhenius

ln(k₂/k₁) = −(60000/8.314)·(1/318.1 − 1/293.1) = 1.934

k₂ = 0.005·e^1.934 = 0.0346 min⁻¹

Jawapan

k₂ = 0.0346 min⁻¹

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: V = 47.43 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 − 0.85))/0.2 = 1.897/0.2 = 9.486 min

Isi padu

V = Q·τ = 5·9.486 = 47.43 L

Jawapan

V = 47.43 L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 97.85 %

Masa ruang

τ = V/Q = 800/25 = 32 min, kτ = 0.12·32 = 3.84

Penukaran

X = 1 − e^−kτ = 1 − e^−3.84 = 97.85%

Jawapan

X = 97.85%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: U = 215.3 W/(m²·K)

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

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

ΔT₁ = T_h,in − T_c,out = 150 − 135 = 15 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 125 − 30 = 95 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (15 − 95)/ln(15/95) = 43.34 K

Pekali keseluruhan

U = Q̇/(A·ΔT_lm) = 140000/(15·43.34) = 215.3 W/(m²·K)

Jawapan

U = 215.3 W/(m²·K)

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: T_c,out = 119 °C

Gabungkan imbangan tenaga dan persamaan kadar

Dengan ΔT₁ = T_s − T_c,in dan ΔT₂ = T_s − T_c,out, beza ΔT₁ − ΔT₂ sama dengan kenaikan suhu air, maka kenaikan itu saling batal.

ṁc_p(ΔT₁ − ΔT₂) = U·A·(ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)

ln(ΔT₁/ΔT₂) = U·A/(ṁc_p) = 2500·4/(1·4180) = 2.392

Suhu keluar

ΔT₂ = ΔT₁·e^−2.392 = 120·0.09142 = 10.97 K

T_c,out = 130 − 10.97 = 119 °C

Jawapan

T_c,out = 119 °C

Haba yang dipindahkan: Q̇ = 455.7 kW.

19.Pengaliran haba

Jawapan: T_i = −1.604 °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) = (250/1000)/(0.035·15) = 0.4762 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (75/1000)/(0.17·15) = 0.02941 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 24/0.5056 = 47.47 W

Suhu antara muka

Suhu menurun merentasi lapisan pertama sebanyak Q̇·R₁.

T_i = T₁ − Q̇·R₁ = 21 − 47.47·0.4762 = −1.604 °C

Jawapan

T_i = −1.604 °C

20.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 113.9 W

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(6·6) = 0.02778 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (50/1000)/(0.04·6) = 0.2083 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (100/1000)/(1.4·6) = 0.0119 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(25·6) = 0.006667 K/W

ΣR = 0.2547 K/W

Kehilangan haba

Q̇ = (21 − (-8))/0.2547 = 113.9 W

Jawapan

Q̇ = 113.9 W

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 85.63 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.

Turus halaju

V²/(2g) = 3²/(2·9.81) = 0.4587 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.028·(500/0.075)·3²/(2·9.81) = 85.63 m

Jawapan

h_f = 85.63 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: Q = 56.61 L/s

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.022·100/0.15 = 14.67

ΣK = 0.5 + 2·0.3 + 10 + 1.0 = 12.1

Persamaan tenaga

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

14 = (14.67 + 12.1)·V²/(2·9.81)

V = √(2·9.81·14/26.77) = 3.203 m/s

Kadar alir

Q = V·π·D²/4 = 3.203·0.01767 = 0.05661 m³/s = 56.61 L/s

Jawapan

Q = 56.61 L/s

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_el = 12 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 = 1000·9.81·0.015·54 = 7.946 kW

Kuasa aci

P_shaft = 7.946/0.72 = 11.04 kW

Kuasa elektrik

P_el = 11.04/0.92 = 12 kW

Jawapan

P_el = 12 kW

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: H = 18.71 m

Halaju

V = Q/A = 0.01/0.007854 = 1.273 m/s

V²/(2g) = 0.08263 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (22.5 + 8)·0.08263 = 2.52 m

Turus tekanan

p/(ρ·g) = 100000/(1000·9.81) = 10.19 m

Turus pam

Kedua-dua permukaan hampir pegun, jadi tiada sebutan turus halaju.

H = Δz + p/(ρ·g) + h_L = 6 + 10.19 + 2.52 = 18.71 m

Jawapan

H = 18.71 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

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

Jawapan

Hukum peringkat kedua teramir

Jawapan

Suhu mutlak

Nisbah Arrhenius

Jawapan

Masa ruang

Isi padu

Jawapan

Masa ruang

Penukaran

Jawapan

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Pekali keseluruhan

Jawapan

Gabungkan imbangan tenaga dan persamaan kadar

Suhu keluar

Jawapan

Rintangan lapisan

Aliran haba

Suhu antara muka

Jawapan

Rintangan secara bersiri

Kehilangan haba

Selesaikan untuk ṁ₂