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 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.
1Formula dan kaedah
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
- Tulis dan seimbangkan persamaan kimia.
- Tukar jisim yang diberi kepada mol: n = m/M.
- Gunakan pekali sebagai nisbah mol untuk mencari mol bahan yang anda mahu.
- Tukar balik kepada jisim dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, cari bahan tindak balas pengehad dahulu.
2Soalan latihan
1.Imbangan jisimSederhana
Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 20% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 300 kg/hx1 = 40 %x2 = 10 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 900 kg/hxF = 8 %xP = 65 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
etanol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 1 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 3 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 160 → 110 °Ct: 15 → 70 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 70 g O₂ pada 450 kPa dan 60 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 70 gM = 32 g/molP = 450 kPaT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 200 kPa, 20 L, 35 °C kepada 350 kPa dan 240 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 200 kPaV1 = 20 LT1 = 35 °CP2 = 350 kPaT2 = 240 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
30 g C3H8 dan 8 g O2 bertindak balas mengikut C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(C3H8) = 44.1M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas 2Na + Cl2 → 2NaCl, 20 g Na bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 46.26 g NaCl dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(Na) = 22.99 g/molM(NaCl) = 58.44 g/molsebenar: 46.26 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 600 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) = 300·(40 − 20)/(20 − 10) = 600 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 600 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 110.8 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 = 900·8/65 = 110.8 kg/h
Jawapan
P = 110.8 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 55.02 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1·2.44·(150 − 120) = 73.2 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 73.2/(0.5·4.18) = 55.02 °C
Jawapan
tout = 55.02 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.353 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 3·2.44·(160 − 110) = 366 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·366 = 311.1 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 311.1/(4.18·55) = 1.353 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.353 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 13.46 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 70/32 = 2.188 mol
T = 60 + 273.15 = 333.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 2.188·8.314·333.1/450 = 13.46 L
Jawapan
V = 13.46 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 19.03 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 308.1 K, T2 = 513.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(200/350)·(513.1/308.1) = 19.03 L
Jawapan
V2 = 19.03 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 3.604 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) = 30/44.1 = 0.6803 mol
n(O2) = 8/32 = 0.25 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.6803/1 = 0.6803, 0.25/5 = 0.05 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 0.05·4 = 0.2 mol
m = 0.2·18.02 = 3.604 g
Jawapan
m = 3.604 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 90.99 %
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(Na) = 20/22.99 = 0.8699 mol
m = 0.8699·2/2·58.44 = 50.84 g
Hasil peratusan
Y = 46.26/50.84·100 = 90.99%
Jawapan
Y = 90.99%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances