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 1600 kg/h · 40% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 20% gulaProduk35% gula

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

ṁ1 = 600 kg/hx1 = 40 %x2 = 20 %x3 = 35 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4400 kg/h · 15% gulaHasil P35% 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 = 4400 kg/hxF = 15 %xP = 35 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 180 °C110 °Cair · 10 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 180 → 110 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 150 °C90 °Cair · 30 °C75 °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 = 3 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 150 → 90 °Ct: 30 → 75 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
100 g CH₄V = 10 LT = 70 °CP = ?

Satu tangki 10 L mengandungi 100 g CH₄ pada 70 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 100 gM = 16.04 g/molV = 10 LT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
CH₄, M = 16.04 g/molP = 250 kPaT = 80 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 250 kPa dan 80 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 16.04 g/molP = 250 kPaT = 80 °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​)

6 g N2 dan 80 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(Mg)n(Mg)n(MgO)m(MgO)÷ M(Mg)× 2/2× M(MgO)

Dalam tindak balas 2Mg + O2 → 2MgO, 30 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 42.27 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 42.27 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 200 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) = 600·(40 − 35)/(35 − 20) = 200 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 200 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 2514 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 = 4400·15/35 = 1886 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 4400 − 1886 = 2514 kg/h

Jawapan

W = 2514 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 70.29 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1.5·3.6·(180 − 110) = 378 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 378/(1.5·4.18) = 70.29 °C

Jawapan

tout = 70.29 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 1.708 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 3·2.1·(150 − 90) = 378 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·378 = 321.3 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 321.3/(4.18·45) = 1.708 kg/s

Jawapan

ṁc = 1.708 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 1779 kPa

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

Mol

n = m/M = 100/16.04 = 6.234 mol
T = 70 + 273.15 = 343.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 6.234·8.314·343.1/0.01 = 1779 kPa

Jawapan

P = 1779 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 1.366 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 80 + 273.15 = 353.1 K

Ketumpatan

ρ = 250·16.04/(8.314·353.1) = 1.366 kg/m³

Jawapan

ρ = 1.366 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 7.293 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) = 6/28.02 = 0.2141 mol
n(H2) = 80/2.016 = 39.68 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.2141/1 = 0.2141, 39.68/3 = 13.23 → N2

Jisim hasil

n(NH3) = 0.2141·2 = 0.4283 mol
m = 0.4283·17.03 = 7.293 g

Jawapan

m = 7.293 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 84.99 %

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(Mg) = 30/24.31 = 1.234 mol
m = 1.234·2/2·40.3 = 49.73 g

Hasil peratusan

Y = 42.27/49.73·100 = 84.99%

Jawapan

Y = 84.99%

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