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 · 20% 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 = 600 kg/hx1 = 20 %x2 = 50 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F2100 kg/h · 13% gulaHasil P45% 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 = 2100 kg/hxF = 13 %xP = 45 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 160 °C120 °Cair · 15 °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: 160 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 130 °C90 °Cair · 10 °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 = 0.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 130 → 90 °Ct: 10 → 80 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
150 g ArP = 450 kPaT = 30 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 150 g Ar pada 450 kPa dan 30 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 150 gM = 39.95 g/molP = 450 kPaT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah CO₂ yang tetap berubah daripada 150 kPa, 5 L, 20 °C kepada 800 kPa dan 210 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 150 kPaV1 = 5 LT1 = 20 °CP2 = 800 kPaT2 = 210 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(X)× 2/ν× M(H2​O)

10 g H2 dan 16 g O2 bertindak balas mengikut 2H2 + O2 → 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?

M(H2) = 2.016M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(CH4​)n(CH4​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(CH4​)× 2/1× M(H2​O)

Dalam tindak balas CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 4 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 7.64 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CH4) = 16.04 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 7.64 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 120 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·(20 − 25)/(25 − 50) = 120 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 120 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 1493 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 = 2100·13/45 = 606.7 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 2100 − 606.7 = 1493 kg/h

Jawapan

W = 1493 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 55.19 °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·(160 − 120) = 168 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 168/(1·4.18) = 55.19 °C

Jawapan

tout = 55.19 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.2338 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 0.5·3.6·(130 − 90) = 72 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.05)·72 = 68.4 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 68.4/(4.18·70) = 0.2338 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.2338 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 21.03 L

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

Mol

n = 150/39.95 = 3.755 mol
T = 30 + 273.15 = 303.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 3.755·8.314·303.1/450 = 21.03 L

Jawapan

V = 21.03 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 1.545 L

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

Suhu mutlak

T1 = 293.1 K, T2 = 483.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(150/800)·(483.1/293.1) = 1.545 L

Jawapan

V2 = 1.545 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 18.02 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(H2) = 10/2.016 = 4.96 mol
n(O2) = 16/32 = 0.5 mol

Bahan tindak balas pengehad

4.96/2 = 2.48, 0.5/1 = 0.5 → O2

Jisim hasil

n(H2O) = 0.5·2 = 1 mol
m = 1·18.02 = 18.02 g

Jawapan

m = 18.02 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 85.01 %

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(CH4) = 4/16.04 = 0.2494 mol
m = 0.2494·2/1·18.02 = 8.988 g

Hasil peratusan

Y = 7.64/8.988·100 = 85.01%

Jawapan

Y = 85.01%

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