Imbangan Bahan dan Tenaga: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 8 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali 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·xF = P·xP, W = F − P

Imbangan tenaga

Haba ketara
Q = ṁ·cp·ΔT
Haba pendam
Q = ṁ·hfg
Pencampuran
ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
Air
cp ≈ 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

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

2Soalan latihan

1.Imbangan jisimSederhana
PengadunAliran 1700 kg/h · 10% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 45% NaOHProduk35% NaOH

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 35% NaOH? Cari ṁ2.

ṁ1 = 700 kg/hx1 = 10 %x2 = 45 %x3 = 35 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F2500 kg/h · 6% gulaHasil P40% gulaWap W (air tulen)W = ? kg/h

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

F = 2500 kg/hxF = 6 %xP = 40 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 160 °C120 °Cair · 15 °Ct = ? °C

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

ṁh = 2 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 160 → 120 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 170 °C60 °Cair · 25 °C75 °C · ṁ = ?10% hilang

etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 1 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 170 → 60 °Ct: 25 → 75 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
500 g CO₂P = 250 kPaT = 60 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 500 g CO₂ pada 250 kPa dan 60 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 500 gM = 44.01 g/molP = 250 kPaT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
CH₄, M = 16.04 g/molP = 500 kPaT = 70 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 500 kPa dan 70 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 16.04 g/molP = 500 kPaT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(X)× 2/ν× M(AlCl3​)

30 g Al dan 40 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
m(CH4​)n(CH4​)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(CH4​)× 1/1× M(CO2​)

Dalam tindak balas CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 16 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 37.32 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CH4) = 16.04 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 37.32 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 1750 kg/h

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

Imbangan

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 700·(10 − 35)/(35 − 45) = 1750 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 1750 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 2125 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·xF = P·xP → P = 2500·6/40 = 375 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 2500 − 375 = 2125 kg/h

Jawapan

W = 2125 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 60.93 °C

Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 2·3.6·(160 − 120) = 288 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 288/(1.5·4.18) = 60.93 °C

Jawapan

tout = 60.93 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 1.156 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1·2.44·(170 − 60) = 268.4 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.1)·268.4 = 241.6 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 241.6/(4.18·50) = 1.156 kg/s

Jawapan

ṁc = 1.156 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 125.9 L

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

Mol

n = 500/44.01 = 11.36 mol
T = 60 + 273.15 = 333.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 11.36·8.314·333.1/250 = 125.9 L

Jawapan

V = 125.9 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 2.811 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 = 500·16.04/(8.314·343.1) = 2.811 kg/m³

Jawapan

ρ = 2.811 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 50.15 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) = 30/26.98 = 1.112 mol
n(Cl2) = 40/70.9 = 0.5642 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.112/2 = 0.556, 0.5642/3 = 0.1881 → Cl2

Jisim hasil

n(AlCl3) = 0.1881·2 = 0.3761 mol
m = 0.3761·133.33 = 50.15 g

Jawapan

m = 50.15 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 85.01 %

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.

Hasil teori

n(CH4) = 16/16.04 = 0.9975 mol
m = 0.9975·1/1·44.01 = 43.9 g

Hasil peratusan

Y = 37.32/43.9·100 = 85.01%

Jawapan

Y = 85.01%

ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances