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 25% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 1000 kg/hx1 = 20 %x2 = 35 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 3600 kg/hxF = 11 %xP = 40 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 90 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% 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: 160 → 100 °Ct: 10 → 40 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 460 g N₂ pada 750 kPa dan 30 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 460 gM = 28.01 g/molP = 750 kPaT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 400 kPa, 20 L, 35 °C kepada 200 kPa dan 190 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 400 kPaV1 = 20 LT1 = 35 °CP2 = 200 kPaT2 = 190 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
10 g CH4 dan 20 g O2 bertindak balas mengikut CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas N2 + 3H2 → 2NH3, 30 g N2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 25.53 g NH3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molsebenar: 25.53 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 500 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) = 1000·(20 − 25)/(25 − 35) = 500 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 500 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 990 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 = 3600·11/40 = 990 kg/h
Jawapan
P = 990 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 75.22 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1.5·2.1·(120 − 90) = 94.5 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 94.5/(0.5·4.18) = 75.22 °C
Jawapan
tout = 75.22 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 2.773 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·2.44·(160 − 100) = 366 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·366 = 347.7 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 347.7/(4.18·30) = 2.773 kg/s
Jawapan
ṁc = 2.773 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 55.19 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 460/28.01 = 16.42 mol
T = 30 + 273.15 = 303.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 16.42·8.314·303.1/750 = 55.19 L
Jawapan
V = 55.19 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 60.12 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 308.1 K, T2 = 463.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(400/200)·(463.1/308.1) = 60.12 L
Jawapan
V2 = 60.12 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 11.26 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(CH4) = 10/16.04 = 0.6234 mol
n(O2) = 20/32 = 0.625 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.6234/1 = 0.6234, 0.625/2 = 0.3125 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 0.3125·2 = 0.625 mol
m = 0.625·18.02 = 11.26 g
Jawapan
m = 11.26 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 70.01 %
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(N2) = 30/28.02 = 1.071 mol
m = 1.071·2/1·17.03 = 36.47 g
Hasil peratusan
Y = 25.53/36.47·100 = 70.01%
Jawapan
Y = 70.01%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances