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 1700 kg/h · 10% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 40% garamProduk30% garam

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

ṁ1 = 700 kg/hx1 = 10 %x2 = 40 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4800 kg/h · 9% NaOHHasil P35% 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 = 4800 kg/hxF = 9 %xP = 35 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 170 °C90 °Cair · 10 °Ct = ? °C

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

ṁh = 0.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 90 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 170 °C80 °Cair · 25 °C85 °C · ṁ = ?10% hilang

campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 2.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 80 °Ct: 25 → 85 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
190 g ArV = 20 LT = 85 °CP = ?

Satu tangki 20 L mengandungi 190 g Ar pada 85 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 190 gM = 39.95 g/molV = 20 LT = 85 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
He, M = 4.003 g/molP = 400 kPaT = 90 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi He pada 400 kPa dan 90 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 4.003 g/molP = 400 kPaT = 90 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(MgO)m(MgO)÷ M(X)× 2/ν× M(MgO)

20 g Mg dan 16 g O2 bertindak balas mengikut 2Mg + O2 → 2MgO. Berapakah jisim m bagi MgO yang boleh terbentuk?

M(Mg) = 24.31M(O2) = 32M(MgO) = 40.3 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(H2​)n(H2​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(H2​)× 2/2× M(H2​O)

Dalam tindak balas 2H2 + O2 → 2H2O, 6 g H2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 29.5 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 29.5 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 1400 kg/h

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

Imbangan

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

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 700·(10 − 30)/(30 − 40) = 1400 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 1400 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 3566 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 = 4800·9/35 = 1234 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 4800 − 1234 = 3566 kg/h

Jawapan

W = 3566 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 78.9 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 0.5·3.6·(170 − 90) = 144 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 144/(0.5·4.18) = 78.9 °C

Jawapan

tout = 78.9 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 2.907 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 2.5·3.6·(170 − 80) = 810 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.1)·810 = 729 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 729/(4.18·60) = 2.907 kg/s

Jawapan

ṁc = 2.907 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 708.1 kPa

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

Mol

n = m/M = 190/39.95 = 4.756 mol
T = 85 + 273.15 = 358.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 4.756·8.314·358.1/0.02 = 708.1 kPa

Jawapan

P = 708.1 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 0.5303 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 90 + 273.15 = 363.1 K

Ketumpatan

ρ = 400·4.003/(8.314·363.1) = 0.5303 kg/m³

Jawapan

ρ = 0.5303 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 33.16 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(Mg) = 20/24.31 = 0.8227 mol
n(O2) = 16/32 = 0.5 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.8227/2 = 0.4114, 0.5/1 = 0.5 → Mg

Jisim hasil

n(MgO) = 0.4114·2 = 0.8227 mol
m = 0.8227·40.3 = 33.16 g

Jawapan

m = 33.16 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 55.01 %

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(H2) = 6/2.016 = 2.976 mol
m = 2.976·2/2·18.02 = 53.63 g

Hasil peratusan

Y = 29.5/53.63·100 = 55.01%

Jawapan

Y = 55.01%

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