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 · 20% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 35% garamProduk25% garam

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 25% garam? Cari ṁ2.

ṁ1 = 700 kg/hx1 = 20 %x2 = 35 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4200 kg/h · 14% gulaHasil PP = ? · 45%Wap W (air tulen)0% gula

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

F = 4200 kg/hxF = 14 %xP = 45 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 130 °C70 °Cair · 30 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 130 → 70 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 150 °C90 °Cair · 30 °C80 °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 = 3 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 90 °Ct: 30 → 80 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
400 g O₂V = 50 LT = 90 °CP = ?

Satu tangki 50 L mengandungi 400 g O₂ pada 90 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 400 gM = 32 g/molV = 50 LT = 90 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Ar, M = 39.95 g/molP = 600 kPaT = 90 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi Ar pada 600 kPa dan 90 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 39.95 g/molP = 600 kPaT = 90 °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​)

12 g Al dan 24 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(Al)n(Al)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(Al)× 2/2× M(AlCl3​)

Dalam tindak balas 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, 8 g Al bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 35.98 g AlCl3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Al) = 26.98 g/molM(AlCl3) = 133.33 g/molsebenar: 35.98 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
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 700·(20 − 25)/(25 − 35) = 350 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 350 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 1307 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 = 4200·14/45 = 1307 kg/h

Jawapan

P = 1307 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 64.45 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1·3.6·(130 − 70) = 216 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 216/(1.5·4.18) = 64.45 °C

Jawapan

tout = 64.45 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 2.79 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 3·3.6·(150 − 90) = 648 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.1)·648 = 583.2 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 583.2/(4.18·50) = 2.79 kg/s

Jawapan

ṁc = 2.79 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 754.8 kPa

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

Mol

n = m/M = 400/32 = 12.5 mol
T = 90 + 273.15 = 363.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 12.5·8.314·363.1/0.05 = 754.8 kPa

Jawapan

P = 754.8 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 7.939 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 = 600·39.95/(8.314·363.1) = 7.939 kg/m³

Jawapan

ρ = 7.939 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 30.09 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) = 12/26.98 = 0.4448 mol
n(Cl2) = 24/70.9 = 0.3385 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.4448/2 = 0.2224, 0.3385/3 = 0.1128 → Cl2

Jisim hasil

n(AlCl3) = 0.1128·2 = 0.2257 mol
m = 0.2257·133.33 = 30.09 g

Jawapan

m = 30.09 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 91.01 %

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(Al) = 8/26.98 = 0.2965 mol
m = 0.2965·2/2·133.33 = 39.53 g

Hasil peratusan

Y = 35.98/39.53·100 = 91.01%

Jawapan

Y = 91.01%

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