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 1500 kg/h · 30% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 15% garamProduk20% garam

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 20% garam? Cari ṁ2.

ṁ1 = 500 kg/hx1 = 30 %x2 = 15 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F2900 kg/h · 5% gulaHasil PP = ? · 55%Wap W (air tulen)0% gula

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

F = 2900 kg/hxF = 5 %xP = 55 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 150 °C100 °Cair · 10 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 180 °C120 °Cair · 25 °C75 °C · ṁ = ?10% hilang

etanol 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 = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 180 → 120 °Ct: 25 → 75 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
110 g CH₄V = 10 LT = 70 °CP = ?

Satu tangki 10 L mengandungi 110 g CH₄ pada 70 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 110 gM = 16.04 g/molV = 10 LT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 150 kPa, 5 L, 15 °C kepada 800 kPa dan 160 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 150 kPaV1 = 5 LT1 = 15 °CP2 = 800 kPaT2 = 160 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(X)× 2/ν× M(NH3​)

12 g N2 dan 20 g H2 bertindak balas mengikut N2 + 3H2 → 2NH3. Berapakah jisim m bagi NH3 yang boleh terbentuk?

M(N2) = 28.02M(H2) = 2.016M(NH3) = 17.03 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, 20 g Al bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 77.09 g AlCl3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Al) = 26.98 g/molM(AlCl3) = 133.33 g/molsebenar: 77.09 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 1000 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) = 500·(30 − 20)/(20 − 15) = 1000 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 1000 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 263.6 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 = 2900·5/55 = 263.6 kg/h

Jawapan

P = 263.6 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 31.53 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1·3.6·(150 − 100) = 180 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 180/(2·4.18) = 31.53 °C

Jawapan

tout = 31.53 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.9456 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1.5·2.44·(180 − 120) = 219.6 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.1)·219.6 = 197.6 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 197.6/(4.18·50) = 0.9456 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.9456 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 1957 kPa

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

Mol

n = m/M = 110/16.04 = 6.858 mol
T = 70 + 273.15 = 343.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 6.858·8.314·343.1/0.01 = 1957 kPa

Jawapan

P = 1957 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 1.409 L

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

Suhu mutlak

T1 = 288.1 K, T2 = 433.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(150/800)·(433.1/288.1) = 1.409 L

Jawapan

V2 = 1.409 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 14.59 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(N2) = 12/28.02 = 0.4283 mol
n(H2) = 20/2.016 = 9.921 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.4283/1 = 0.4283, 9.921/3 = 3.307 → N2

Jisim hasil

n(NH3) = 0.4283·2 = 0.8565 mol
m = 0.8565·17.03 = 14.59 g

Jawapan

m = 14.59 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 78 %

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) = 20/26.98 = 0.7413 mol
m = 0.7413·2/2·133.33 = 98.84 g

Hasil peratusan

Y = 77.09/98.84·100 = 78%

Jawapan

Y = 78%

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