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 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.
1Formula dan kaedah
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
- 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.
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 = 300 kg/hx1 = 20 %x2 = 30 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 3200 kg/hxF = 6 %xP = 30 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 2 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 160 → 110 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% 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 → 130 °Ct: 25 → 55 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 5 L mengandungi 410 g O₂ pada 15 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 410 gM = 32 g/molV = 5 LT = 15 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah CH₄ yang tetap berubah daripada 400 kPa, 2 L, 35 °C kepada 650 kPa dan 120 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 400 kPaV1 = 2 LT1 = 35 °CP2 = 650 kPaT2 = 120 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
24 g Fe2O3 dan 40 g CO bertindak balas mengikut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapakah jisim m bagi Fe yang boleh terbentuk?
M(Fe2O3) = 159.69M(CO) = 28.01M(Fe) = 55.85 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas 2Mg + O2 → 2MgO, 30 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 38.79 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 38.79 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 300 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) = 300·(20 − 25)/(25 − 30) = 300 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 300 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 2560 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 = 3200·6/30 = 640 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 3200 − 640 = 2560 kg/h
Jawapan
W = 2560 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 48.49 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 2·2.1·(160 − 110) = 210 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 210/(1.5·4.18) = 48.49 °C
Jawapan
tout = 48.49 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 0.7955 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 1·2.1·(180 − 130) = 105 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·105 = 99.75 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 99.75/(4.18·30) = 0.7955 kg/s
Jawapan
ṁc = 0.7955 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 6139 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 410/32 = 12.81 mol
T = 15 + 273.15 = 288.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 12.81·8.314·288.1/0.005 = 6139 kPa
Jawapan
P = 6139 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 1.57 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 308.1 K, T2 = 393.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(400/650)·(393.1/308.1) = 1.57 L
Jawapan
V2 = 1.57 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 16.79 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(Fe2O3) = 24/159.69 = 0.1503 mol
n(CO) = 40/28.01 = 1.428 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.1503/1 = 0.1503, 1.428/3 = 0.476 → Fe2O3
Jisim hasil
n(Fe) = 0.1503·2 = 0.3006 mol
m = 0.3006·55.85 = 16.79 g
Jawapan
m = 16.79 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 78 %
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) = 30/24.31 = 1.234 mol
m = 1.234·2/2·40.3 = 49.73 g
Hasil peratusan
Y = 38.79/49.73·100 = 78%
Jawapan
Y = 78%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances