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% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 450 kg/hx1 = 35 %x2 = 10 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 3900 kg/hxF = 9 %xP = 30 %
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: 140 → 70 °Cṁc = 3 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 = 2.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 180 → 60 °Ct: 20 → 80 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 10 L mengandungi 270 g Ar pada 35 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 270 gM = 39.95 g/molV = 10 LT = 35 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah CO₂ yang tetap berubah daripada 400 kPa, 2 L, 40 °C kepada 700 kPa dan 160 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 400 kPaV1 = 2 LT1 = 40 °CP2 = 700 kPaT2 = 160 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
8 g H2 dan 24 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
Dalam tindak balas 2H2 + O2 → 2H2O, 6 g H2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 37.54 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 37.54 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 675 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·(35 − 20)/(20 − 10) = 675 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 675 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 1170 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 = 3900·9/30 = 1170 kg/h
Jawapan
P = 1170 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 33.62 °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·(140 − 70) = 170.8 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 170.8/(3·4.18) = 33.62 °C
Jawapan
tout = 33.62 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 2.481 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·2.44·(180 − 60) = 732 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·732 = 622.2 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 622.2/(4.18·60) = 2.481 kg/s
Jawapan
ṁc = 2.481 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 1731 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 270/39.95 = 6.758 mol
T = 35 + 273.15 = 308.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 6.758·8.314·308.1/0.01 = 1731 kPa
Jawapan
P = 1731 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 1.581 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 313.1 K, T2 = 433.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(400/700)·(433.1/313.1) = 1.581 L
Jawapan
V2 = 1.581 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 27.03 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) = 8/2.016 = 3.968 mol
n(O2) = 24/32 = 0.75 mol
Bahan tindak balas pengehad
3.968/2 = 1.984, 0.75/1 = 0.75 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 0.75·2 = 1.5 mol
m = 1.5·18.02 = 27.03 g
Jawapan
m = 27.03 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 70 %
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 = 37.54/53.63·100 = 70%
Jawapan
Y = 70%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances