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 1300 kg/h · 20% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 40% garamProduk25% garam

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

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 20 %x2 = 40 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F1200 kg/h · 19% NaOHHasil PP = ? · 60%Wap W (air tulen)0% NaOH

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

F = 1200 kg/hxF = 19 %xP = 60 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 180 °C80 °Cair · 15 °Ct = ? °C

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

ṁh = 2.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 180 → 80 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 150 °C110 °Cair · 25 °C70 °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 = 2 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 110 °Ct: 25 → 70 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
460 g CH₄V = 30 LT = 70 °CP = ?

Satu tangki 30 L mengandungi 460 g CH₄ pada 70 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 460 gM = 16.04 g/molV = 30 LT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
He, M = 4.003 g/molP = 950 kPaT = 160 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi He pada 950 kPa dan 160 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 4.003 g/molP = 950 kPaT = 160 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(MgO)m(MgO)÷ M(X)× 2/ν× M(MgO)

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

Dalam tindak balas 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, 12 g Al bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 36.77 g AlCl3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Al) = 26.98 g/molM(AlCl3) = 133.33 g/molsebenar: 36.77 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
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 300·(20 − 25)/(25 − 40) = 100 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 100 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 380 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 = 1200·19/60 = 380 kg/h

Jawapan

P = 380 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 122.7 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 2.5·3.6·(180 − 80) = 900 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 900/(2·4.18) = 122.7 °C

Jawapan

tout = 122.7 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.8821 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 2·2.44·(150 − 110) = 195.2 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·195.2 = 165.9 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 165.9/(4.18·45) = 0.8821 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.8821 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 2727 kPa

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

Mol

n = m/M = 460/16.04 = 28.68 mol
T = 70 + 273.15 = 343.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 28.68·8.314·343.1/0.03 = 2727 kPa

Jawapan

P = 2727 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 1.056 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 160 + 273.15 = 433.1 K

Ketumpatan

ρ = 950·4.003/(8.314·433.1) = 1.056 kg/m³

Jawapan

ρ = 1.056 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 39.79 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) = 24/24.31 = 0.9872 mol
n(O2) = 32/32 = 1 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.9872/2 = 0.4936, 1/1 = 1 → Mg

Jisim hasil

n(MgO) = 0.4936·2 = 0.9872 mol
m = 0.9872·40.3 = 39.79 g

Jawapan

m = 39.79 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 62 %

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) = 12/26.98 = 0.4448 mol
m = 0.4448·2/2·133.33 = 59.3 g

Hasil peratusan

Y = 36.77/59.3·100 = 62%

Jawapan

Y = 62%

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