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 1450 kg/h · 50% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 20% NaOHProduk30% NaOH

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 30% NaOH? Cari ṁ2.

ṁ1 = 450 kg/hx1 = 50 %x2 = 20 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F3200 kg/h · 13% gulaHasil PP = ? · 65%Wap W (air tulen)0% gula

Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.

F = 3200 kg/hxF = 13 %xP = 65 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 150 °C100 °Cair · 15 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 180 °C90 °Cair · 30 °C80 °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 = 1 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 180 → 90 °Ct: 30 → 80 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
80 g CH₄V = 50 LT = 50 °CP = ?

Satu tangki 50 L mengandungi 80 g CH₄ pada 50 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 80 gM = 16.04 g/molV = 50 LT = 50 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah Ar yang tetap berubah daripada 250 kPa, 2 L, 10 °C kepada 350 kPa dan 220 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 250 kPaV1 = 2 LT1 = 10 °CP2 = 350 kPaT2 = 220 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(X)× 2/ν× M(AlCl3​)

10 g Al dan 48 g Cl2 bertindak balas mengikut 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3. Berapakah jisim m bagi AlCl3 yang boleh terbentuk?

M(Al) = 26.98M(Cl2) = 70.9M(AlCl3) = 133.33 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, 10 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 25.79 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CH4) = 16.04 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 25.79 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 900 kg/h

Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.

Imbangan

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 450·(50 − 30)/(30 − 20) = 900 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 900 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 640 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 = 3200·13/65 = 640 kg/h

Jawapan

P = 640 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 65.24 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1·2.1·(150 − 100) = 105 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 105/(0.5·4.18) = 65.24 °C

Jawapan

tout = 65.24 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 1.473 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1·3.6·(180 − 90) = 324 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.05)·324 = 307.8 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 307.8/(4.18·50) = 1.473 kg/s

Jawapan

ṁc = 1.473 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 268 kPa

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

Mol

n = m/M = 80/16.04 = 4.988 mol
T = 50 + 273.15 = 323.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 4.988·8.314·323.1/0.05 = 268 kPa

Jawapan

P = 268 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 2.488 L

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

Suhu mutlak

T1 = 283.1 K, T2 = 493.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(250/350)·(493.1/283.1) = 2.488 L

Jawapan

V2 = 2.488 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 49.42 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(Al) = 10/26.98 = 0.3706 mol
n(Cl2) = 48/70.9 = 0.677 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.3706/2 = 0.1853, 0.677/3 = 0.2257 → Al

Jisim hasil

n(AlCl3) = 0.1853·2 = 0.3706 mol
m = 0.3706·133.33 = 49.42 g

Jawapan

m = 49.42 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 93.99 %

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(CH4) = 10/16.04 = 0.6234 mol
m = 0.6234·1/1·44.01 = 27.44 g

Hasil peratusan

Y = 25.79/27.44·100 = 93.99%

Jawapan

Y = 93.99%

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