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 · 15% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 50% gulaProduk25% gula

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 25% gula? Cari ṁ2.

ṁ1 = 550 kg/hx1 = 15 %x2 = 50 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4500 kg/h · 13% NaOHHasil P65% NaOHWap W (air tulen)W = ? kg/h

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

F = 4500 kg/hxF = 13 %xP = 65 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 180 °C120 °Cair · 20 °Ct = ? °C

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: 180 → 120 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 130 °C90 °Cair · 10 °C35 °C · ṁ = ?5% hilang

campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 3 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 130 → 90 °Ct: 10 → 35 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
380 g CO₂V = 10 LT = 45 °CP = ?

Satu tangki 10 L mengandungi 380 g CO₂ pada 45 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 380 gM = 44.01 g/molV = 10 LT = 45 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
CH₄, M = 16.04 g/molP = 450 kPaT = 160 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 450 kPa dan 160 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 16.04 g/molP = 450 kPaT = 160 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(X)× 3/ν× M(CO2​)

20 g C3H8 dan 40 g O2 bertindak balas mengikut C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Berapakah jisim m bagi CO2 yang boleh terbentuk?

M(C3H8) = 44.1M(O2) = 32M(CO2) = 44.01 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, 8 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 17.12 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CH4) = 16.04 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 17.12 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 220 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·(15 − 25)/(25 − 50) = 220 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 220 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 3600 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 = 4500·13/65 = 900 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 4500 − 900 = 3600 kg/h

Jawapan

W = 3600 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 40.1 °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·(180 − 120) = 252 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 252/(3·4.18) = 40.1 °C

Jawapan

tout = 40.1 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 3.927 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 3·3.6·(130 − 90) = 432 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.05)·432 = 410.4 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 410.4/(4.18·25) = 3.927 kg/s

Jawapan

ṁc = 3.927 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 2284 kPa

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

Mol

n = m/M = 380/44.01 = 8.634 mol
T = 45 + 273.15 = 318.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 8.634·8.314·318.1/0.01 = 2284 kPa

Jawapan

P = 2284 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 2.004 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 160 + 273.15 = 433.1 K

Ketumpatan

ρ = 450·16.04/(8.314·433.1) = 2.004 kg/m³

Jawapan

ρ = 2.004 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 33.01 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(C3H8) = 20/44.1 = 0.4535 mol
n(O2) = 40/32 = 1.25 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.4535/1 = 0.4535, 1.25/5 = 0.25 → O2

Jisim hasil

n(CO2) = 0.25·3 = 0.75 mol
m = 0.75·44.01 = 33.01 g

Jawapan

m = 33.01 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(CH4) = 8/16.04 = 0.4988 mol
m = 0.4988·1/1·44.01 = 21.95 g

Hasil peratusan

Y = 17.12/21.95·100 = 78%

Jawapan

Y = 78%

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