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 1950 kg/h · 50% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 10% garamProduk15% garam

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

ṁ1 = 950 kg/hx1 = 50 %x2 = 10 %x3 = 15 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F600 kg/h · 15% 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 = 600 kg/hxF = 15 %xP = 65 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejuketanol · 150 °C120 °Cair · 10 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 180 °C150 °Cair · 10 °C40 °C · ṁ = ?15% hilang

minyak ringan 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 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 180 → 150 °Ct: 10 → 40 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
260 g O₂V = 20 LT = 85 °CP = ?

Satu tangki 20 L mengandungi 260 g O₂ pada 85 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 260 gM = 32 g/molV = 20 LT = 85 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
He, M = 4.003 g/molP = 300 kPaT = 10 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi He pada 300 kPa dan 10 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 4.003 g/molP = 300 kPaT = 10 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(X)× 2/ν× M(NH3​)

16 g N2 dan 64 g H2 bertindak balas mengikut N2 + 3H2 → 2NH3. Berapakah jisim m bagi NH3 yang boleh terbentuk?

M(N2) = 28.02M(H2) = 2.016M(NH3) = 17.03 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(Na)n(Na)n(NaCl)m(NaCl)÷ M(Na)× 2/2× M(NaCl)

Dalam tindak balas 2Na + Cl2 → 2NaCl, 12 g Na bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 23.79 g NaCl dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Na) = 22.99 g/molM(NaCl) = 58.44 g/molsebenar: 23.79 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 6650 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) = 950·(50 − 15)/(15 − 10) = 6650 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 6650 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 461.5 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 = 600·15/65 = 138.5 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 600 − 138.5 = 461.5 kg/h

Jawapan

W = 461.5 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 18.76 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1·2.44·(150 − 120) = 73.2 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 73.2/(2·4.18) = 18.76 °C

Jawapan

tout = 18.76 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.427 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1·2.1·(180 − 150) = 63 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·63 = 53.55 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 53.55/(4.18·30) = 0.427 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.427 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 1210 kPa

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

Mol

n = m/M = 260/32 = 8.125 mol
T = 85 + 273.15 = 358.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 8.125·8.314·358.1/0.02 = 1210 kPa

Jawapan

P = 1210 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 0.5101 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 10 + 273.15 = 283.1 K

Ketumpatan

ρ = 300·4.003/(8.314·283.1) = 0.5101 kg/m³

Jawapan

ρ = 0.5101 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 19.45 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(N2) = 16/28.02 = 0.571 mol
n(H2) = 64/2.016 = 31.75 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.571/1 = 0.571, 31.75/3 = 10.58 → N2

Jisim hasil

n(NH3) = 0.571·2 = 1.142 mol
m = 1.142·17.03 = 19.45 g

Jawapan

m = 19.45 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 77.99 %

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(Na) = 12/22.99 = 0.522 mol
m = 0.522·2/2·58.44 = 30.5 g

Hasil peratusan

Y = 23.79/30.5·100 = 77.99%

Jawapan

Y = 77.99%

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