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 1750 kg/h · 50% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 10% NaOHProduk15% NaOH

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 15% NaOH? Cari ṁ2.

ṁ1 = 750 kg/hx1 = 50 %x2 = 10 %x3 = 15 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F2200 kg/h · 11% NaOHHasil P55% NaOHWap W (air tulen)W = ? kg/h

Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.

F = 2200 kg/hxF = 11 %xP = 55 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 150 °C90 °Cair · 10 °Ct = ? °C

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

ṁh = 3 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 150 → 90 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 130 °C90 °Cair · 25 °C45 °C · ṁ = ?5% hilang

minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 90 °Ct: 25 → 45 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
470 g HeP = 150 kPaT = 0 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 470 g He pada 150 kPa dan 0 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 470 gM = 4.003 g/molP = 150 kPaT = 0 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 100 kPa, 20 L, 25 °C kepada 650 kPa dan 110 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 100 kPaV1 = 20 LT1 = 25 °CP2 = 650 kPaT2 = 110 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(MgO)m(MgO)÷ M(X)× 2/ν× M(MgO)

10 g Mg dan 32 g O2 bertindak balas mengikut 2Mg + O2 → 2MgO. Berapakah jisim m bagi MgO yang boleh terbentuk?

M(Mg) = 24.31M(O2) = 32M(MgO) = 40.3 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(CH4​)n(CH4​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(CH4​)× 2/1× M(H2​O)

Dalam tindak balas CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 8 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 15.82 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CH4) = 16.04 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 15.82 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 5250 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) = 750·(50 − 15)/(15 − 10) = 5250 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 5250 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 1760 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 = 2200·11/55 = 440 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 2200 − 440 = 1760 kg/h

Jawapan

W = 1760 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 40.14 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 3·2.1·(150 − 90) = 378 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 378/(3·4.18) = 40.14 °C

Jawapan

tout = 40.14 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.4773 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 0.5·2.1·(130 − 90) = 42 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.05)·42 = 39.9 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 39.9/(4.18·20) = 0.4773 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.4773 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 1778 L

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

Mol

n = 470/4.003 = 117.4 mol
T = 0 + 273.15 = 273.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 117.4·8.314·273.1/150 = 1778 L

Jawapan

V = 1778 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 3.954 L

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

Suhu mutlak

T1 = 298.1 K, T2 = 383.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(100/650)·(383.1/298.1) = 3.954 L

Jawapan

V2 = 3.954 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 16.58 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(Mg) = 10/24.31 = 0.4114 mol
n(O2) = 32/32 = 1 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.4114/2 = 0.2057, 1/1 = 1 → Mg

Jisim hasil

n(MgO) = 0.2057·2 = 0.4114 mol
m = 0.4114·40.3 = 16.58 g

Jawapan

m = 16.58 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 88.01 %

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(CH4) = 8/16.04 = 0.4988 mol
m = 0.4988·2/1·18.02 = 17.98 g

Hasil peratusan

Y = 15.82/17.98·100 = 88.01%

Jawapan

Y = 88.01%

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