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 1450 kg/h · 45% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 15% gulaProduk30% gula

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

ṁ1 = 450 kg/hx1 = 45 %x2 = 15 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F3800 kg/h · 18% gulaHasil P40% 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 = 3800 kg/hxF = 18 %xP = 40 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejuketanol · 160 °C130 °Cair · 10 °Ct = ? °C

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

ṁh = 3 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 160 → 130 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 140 °C90 °Cair · 10 °C30 °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 = 1.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 140 → 90 °Ct: 10 → 30 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
20 g N₂P = 750 kPaT = 5 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 20 g N₂ pada 750 kPa dan 5 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 20 gM = 28.01 g/molP = 750 kPaT = 5 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah He yang tetap berubah daripada 250 kPa, 5 L, 20 °C kepada 500 kPa dan 230 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 250 kPaV1 = 5 LT1 = 20 °CP2 = 500 kPaT2 = 230 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(X)× 4/ν× M(H2​O)

30 g C3H8 dan 16 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
m(C3​H8​)n(C3​H8​)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(C3​H8​)× 3/1× M(CO2​)

Dalam tindak balas C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 30 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 62.87 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(C3H8) = 44.1 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 62.87 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 450 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) = 450·(45 − 30)/(30 − 15) = 450 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 450 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 2090 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 = 3800·18/40 = 1710 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 3800 − 1710 = 2090 kg/h

Jawapan

W = 2090 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 62.54 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 3·2.44·(160 − 130) = 219.6 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 219.6/(1·4.18) = 62.54 °C

Jawapan

tout = 62.54 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 2.907 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1.5·3.6·(140 − 90) = 270 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.1)·270 = 243 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 243/(4.18·20) = 2.907 kg/s

Jawapan

ṁc = 2.907 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 2.202 L

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

Mol

n = 20/28.01 = 0.714 mol
T = 5 + 273.15 = 278.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 0.714·8.314·278.1/750 = 2.202 L

Jawapan

V = 2.202 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 4.291 L

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

Suhu mutlak

T1 = 293.1 K, T2 = 503.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(250/500)·(503.1/293.1) = 4.291 L

Jawapan

V2 = 4.291 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 7.208 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) = 16/32 = 0.5 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.6803/1 = 0.6803, 0.5/5 = 0.1 → O2

Jisim hasil

n(H2O) = 0.1·4 = 0.4 mol
m = 0.4·18.02 = 7.208 g

Jawapan

m = 7.208 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(C3H8) = 30/44.1 = 0.6803 mol
m = 0.6803·3/1·44.01 = 89.82 g

Hasil peratusan

Y = 62.87/89.82·100 = 70%

Jawapan

Y = 70%

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