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 1350 kg/h · 45% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 15% NaOHProduk30% NaOH

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

ṁ1 = 350 kg/hx1 = 45 %x2 = 15 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4800 kg/h · 12% NaOHHasil PP = ? · 45%Wap W (air tulen)0% NaOH

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

F = 4800 kg/hxF = 12 %xP = 45 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 130 °C60 °Cair · 20 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 60 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 170 °C110 °Cair · 10 °C55 °C · ṁ = ?10% hilang

minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% 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: 170 → 110 °Ct: 10 → 55 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
400 g HeP = 700 kPaT = 50 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 400 g He pada 700 kPa dan 50 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 400 gM = 4.003 g/molP = 700 kPaT = 50 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
O₂, M = 32 g/molP = 400 kPaT = 60 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi O₂ pada 400 kPa dan 60 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 32 g/molP = 400 kPaT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(X)× 2/ν× M(AlCl3​)

16 g Al dan 16 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(C6​H12​O6​)n(C6​H12​O6​)n(C2​H5​OH)m(C2​H5​OH)÷ M(C6​H12​O6​)× 2/1× M(C2​H5​OH)

Dalam tindak balas C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2, 4 g C6H12O6 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 1.27 g C2H5OH dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(C6H12O6) = 180.16 g/molM(C2H5OH) = 46.07 g/molsebenar: 1.27 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 350 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) = 350·(45 − 30)/(30 − 15) = 350 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 350 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 1280 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 = 4800·12/45 = 1280 kg/h

Jawapan

P = 1280 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 46.38 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1.5·2.1·(130 − 60) = 220.5 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 220.5/(2·4.18) = 46.38 °C

Jawapan

tout = 46.38 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.6029 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1·2.1·(170 − 110) = 126 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.1)·126 = 113.4 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 113.4/(4.18·45) = 0.6029 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.6029 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 383.5 L

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

Mol

n = 400/4.003 = 99.93 mol
T = 50 + 273.15 = 323.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 99.93·8.314·323.1/700 = 383.5 L

Jawapan

V = 383.5 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 4.621 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 60 + 273.15 = 333.1 K

Ketumpatan

ρ = 400·32/(8.314·333.1) = 4.621 kg/m³

Jawapan

ρ = 4.621 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 20.06 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) = 16/26.98 = 0.593 mol
n(Cl2) = 16/70.9 = 0.2257 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.593/2 = 0.2965, 0.2257/3 = 0.07522 → Cl2

Jisim hasil

n(AlCl3) = 0.07522·2 = 0.1504 mol
m = 0.1504·133.33 = 20.06 g

Jawapan

m = 20.06 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 62.08 %

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(C6H12O6) = 4/180.16 = 0.0222 mol
m = 0.0222·2/1·46.07 = 2.046 g

Hasil peratusan

Y = 1.27/2.046·100 = 62.08%

Jawapan

Y = 62.08%

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