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 1550 kg/h · 10% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 45% gulaProduk15% gula

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 15% gula? Cari ṁ2.

ṁ1 = 550 kg/hx1 = 10 %x2 = 45 %x3 = 15 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4000 kg/h · 16% gulaHasil P65% 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 = 4000 kg/hxF = 16 %xP = 65 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 160 °C110 °Cair · 20 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 160 → 110 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 150 °C100 °Cair · 25 °C90 °C · ṁ = ?15% hilang

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

ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Ct: 25 → 90 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
290 g HeP = 200 kPaT = 80 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 290 g He pada 200 kPa dan 80 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 290 gM = 4.003 g/molP = 200 kPaT = 80 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 400 kPa, 20 L, 10 °C kepada 300 kPa dan 210 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 400 kPaV1 = 20 LT1 = 10 °CP2 = 300 kPaT2 = 210 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(X)× 1/ν× M(CO2​)

20 g CH4 dan 32 g O2 bertindak balas mengikut CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Berapakah jisim m bagi CO2 yang boleh terbentuk?

M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(CO2) = 44.01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(Mg)n(Mg)n(MgO)m(MgO)÷ M(Mg)× 2/2× M(MgO)

Dalam tindak balas 2Mg + O2 → 2MgO, 16 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 23.34 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 23.34 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 91.67 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) = 550·(10 − 15)/(15 − 45) = 91.67 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 91.67 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 3015 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 = 4000·16/65 = 984.6 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 4000 − 984.6 = 3015 kg/h

Jawapan

W = 3015 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 41.53 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1·3.6·(160 − 110) = 180 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 180/(2·4.18) = 41.53 °C

Jawapan

tout = 41.53 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.5725 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1.5·2.44·(150 − 100) = 183 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·183 = 155.5 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 155.5/(4.18·65) = 0.5725 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.5725 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 1064 L

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

Mol

n = 290/4.003 = 72.45 mol
T = 80 + 273.15 = 353.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 72.45·8.314·353.1/200 = 1064 L

Jawapan

V = 1064 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 45.5 L

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

Suhu mutlak

T1 = 283.1 K, T2 = 483.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(400/300)·(483.1/283.1) = 45.5 L

Jawapan

V2 = 45.5 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 22 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(CH4) = 20/16.04 = 1.247 mol
n(O2) = 32/32 = 1 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.247/1 = 1.247, 1/2 = 0.5 → O2

Jisim hasil

n(CO2) = 0.5·1 = 0.5 mol
m = 0.5·44.01 = 22 g

Jawapan

m = 22 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 88 %

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(Mg) = 16/24.31 = 0.6582 mol
m = 0.6582·2/2·40.3 = 26.52 g

Hasil peratusan

Y = 23.34/26.52·100 = 88%

Jawapan

Y = 88%

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