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 · 20% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 40% NaOHProduk35% NaOH

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

ṁ1 = 250 kg/hx1 = 20 %x2 = 40 %x3 = 35 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F1100 kg/h · 10% NaOHHasil P35% 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 = 1100 kg/hxF = 10 %xP = 35 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 160 °C60 °Cair · 15 °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: 160 → 60 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 120 °C70 °Cair · 15 °C35 °C · ṁ = ?5% hilang

campuran glikol 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 = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 120 → 70 °Ct: 15 → 35 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
250 g N₂P = 100 kPaT = 100 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 250 g N₂ pada 100 kPa dan 100 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 250 gM = 28.01 g/molP = 100 kPaT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Ar, M = 39.95 g/molP = 750 kPaT = 50 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi Ar pada 750 kPa dan 50 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 39.95 g/molP = 750 kPaT = 50 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(X)× 4/ν× M(H2​O)

6 g C3H8 dan 16 g O2 bertindak balas mengikut C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?

M(C3H8) = 44.1M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(CaCO3​)n(CaCO3​)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(CaCO3​)× 1/1× M(CO2​)

Dalam tindak balas CaCO3 → CaO + CO2, 6 g CaCO3 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 2.16 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(CaCO3) = 100.09 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 2.16 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 750 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·(20 − 35)/(35 − 40) = 750 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 750 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 785.7 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 = 1100·10/35 = 314.3 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 1100 − 314.3 = 785.7 kg/h

Jawapan

W = 785.7 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 81.99 °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·(160 − 60) = 420 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 420/(1.5·4.18) = 81.99 °C

Jawapan

tout = 81.99 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 1.023 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 0.5·3.6·(120 − 70) = 90 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.05)·90 = 85.5 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 85.5/(4.18·20) = 1.023 kg/s

Jawapan

ṁc = 1.023 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 276.9 L

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

Mol

n = 250/28.01 = 8.925 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 8.925·8.314·373.1/100 = 276.9 L

Jawapan

V = 276.9 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 11.15 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 50 + 273.15 = 323.1 K

Ketumpatan

ρ = 750·39.95/(8.314·323.1) = 11.15 kg/m³

Jawapan

ρ = 11.15 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 7.208 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(C3H8) = 6/44.1 = 0.1361 mol
n(O2) = 16/32 = 0.5 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.1361/1 = 0.1361, 0.5/5 = 0.1 → O2

Jisim hasil

n(H2O) = 0.1·4 = 0.4 mol
m = 0.4·18.02 = 7.208 g

Jawapan

m = 7.208 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 81.87 %

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(CaCO3) = 6/100.09 = 0.05995 mol
m = 0.05995·1/1·44.01 = 2.638 g

Hasil peratusan

Y = 2.16/2.638·100 = 81.87%

Jawapan

Y = 81.87%

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