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 1250 kg/h · 15% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 50% NaOHProduk25% NaOH

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

ṁ1 = 250 kg/hx1 = 15 %x2 = 50 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4100 kg/h · 8% NaOHHasil PP = ? · 30%Wap W (air tulen)0% NaOH

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

F = 4100 kg/hxF = 8 %xP = 30 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 130 °C100 °Cair · 25 °Ct = ? °C

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

ṁh = 2 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 100 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 25 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 130 °C60 °Cair · 15 °C80 °C · ṁ = ?15% hilang

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 = 0.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 130 → 60 °Ct: 15 → 80 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
280 g CH₄P = 150 kPaT = 35 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 280 g CH₄ pada 150 kPa dan 35 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 280 gM = 16.04 g/molP = 150 kPaT = 35 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
CO₂, M = 44.01 g/molP = 350 kPaT = 70 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi CO₂ pada 350 kPa dan 70 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 44.01 g/molP = 350 kPaT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(Fe)m(Fe)÷ M(X)× 2/ν× M(Fe)

16 g Fe2O3 dan 20 g CO bertindak balas mengikut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapakah jisim m bagi Fe yang boleh terbentuk?

M(Fe2O3) = 159.69M(CO) = 28.01M(Fe) = 55.85 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(CH4​)n(CH4​)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(CH4​)× 1/1× M(CO2​)

Dalam tindak balas CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 16 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 38.63 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CH4) = 16.04 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 38.63 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 100 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) = 250·(15 − 25)/(25 − 50) = 100 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 100 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 1093 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 = 4100·8/30 = 1093 kg/h

Jawapan

P = 1093 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 55.14 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 2·2.1·(130 − 100) = 126 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 25 + 126/(1·4.18) = 55.14 °C

Jawapan

tout = 55.14 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.2672 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 0.5·2.44·(130 − 60) = 85.4 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·85.4 = 72.59 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 72.59/(4.18·65) = 0.2672 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.2672 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 298.1 L

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

Mol

n = 280/16.04 = 17.46 mol
T = 35 + 273.15 = 308.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 17.46·8.314·308.1/150 = 298.1 L

Jawapan

V = 298.1 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 5.399 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 70 + 273.15 = 343.1 K

Ketumpatan

ρ = 350·44.01/(8.314·343.1) = 5.399 kg/m³

Jawapan

ρ = 5.399 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 11.19 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(Fe2O3) = 16/159.69 = 0.1002 mol
n(CO) = 20/28.01 = 0.714 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.1002/1 = 0.1002, 0.714/3 = 0.238 → Fe2O3

Jisim hasil

n(Fe) = 0.1002·2 = 0.2004 mol
m = 0.2004·55.85 = 11.19 g

Jawapan

m = 11.19 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 87.99 %

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(CH4) = 16/16.04 = 0.9975 mol
m = 0.9975·1/1·44.01 = 43.9 g

Hasil peratusan

Y = 38.63/43.9·100 = 87.99%

Jawapan

Y = 87.99%

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