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 · 45% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 5% garamProduk35% garam

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 35% garam? Cari ṁ2.

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 45 %x2 = 5 %x3 = 35 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4300 kg/h · 13% gulaHasil P30% gulaWap W (air tulen)W = ? kg/h

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

F = 4300 kg/hxF = 13 %xP = 30 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 170 °C140 °Cair · 30 °Ct = ? °C

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

ṁh = 0.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 140 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 170 °C130 °Cair · 25 °C65 °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 = 2.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 170 → 130 °Ct: 25 → 65 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
290 g O₂P = 750 kPaT = 15 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 290 g O₂ pada 750 kPa dan 15 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 290 gM = 32 g/molP = 750 kPaT = 15 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah CH₄ yang tetap berubah daripada 300 kPa, 10 L, 35 °C kepada 350 kPa dan 220 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 300 kPaV1 = 10 LT1 = 35 °CP2 = 350 kPaT2 = 220 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(X)× 2/ν× M(NH3​)

10 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(N2​)n(N2​)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(N2​)× 2/1× M(NH3​)

Dalam tindak balas N2 + 3H2 → 2NH3, 8 g N2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 5.35 g NH3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molsebenar: 5.35 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·(45 − 35)/(35 − 5) = 100 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 100 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 2437 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 = 4300·13/30 = 1863 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 4300 − 1863 = 2437 kg/h

Jawapan

W = 2437 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 34.31 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 0.5·3.6·(170 − 140) = 54 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 54/(3·4.18) = 34.31 °C

Jawapan

tout = 34.31 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 1.193 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 2.5·2.1·(170 − 130) = 210 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.05)·210 = 199.5 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 199.5/(4.18·40) = 1.193 kg/s

Jawapan

ṁc = 1.193 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 28.95 L

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

Mol

n = 290/32 = 9.063 mol
T = 15 + 273.15 = 288.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 9.063·8.314·288.1/750 = 28.95 L

Jawapan

V = 28.95 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 13.72 L

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

Suhu mutlak

T1 = 308.1 K, T2 = 493.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 10·(300/350)·(493.1/308.1) = 13.72 L

Jawapan

V2 = 13.72 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 12.16 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) = 10/28.02 = 0.3569 mol
n(H2) = 20/2.016 = 9.921 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.3569/1 = 0.3569, 9.921/3 = 3.307 → N2

Jisim hasil

n(NH3) = 0.3569·2 = 0.7138 mol
m = 0.7138·17.03 = 12.16 g

Jawapan

m = 12.16 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 55.02 %

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) = 8/28.02 = 0.2855 mol
m = 0.2855·2/1·17.03 = 9.724 g

Hasil peratusan

Y = 5.35/9.724·100 = 55.02%

Jawapan

Y = 55.02%

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