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 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.
1Formula dan kaedah
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
- Tulis dan seimbangkan persamaan kimia.
- Tukar jisim yang diberi kepada mol: n = m/M.
- Gunakan pekali sebagai nisbah mol untuk mencari mol bahan yang anda mahu.
- Tukar balik kepada jisim dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, cari bahan tindak balas pengehad dahulu.
2Soalan latihan
1.Imbangan jisimSederhana
Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 10% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 1000 kg/hx1 = 5 %x2 = 40 %x3 = 10 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 3100 kg/hxF = 10 %xP = 50 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
etanol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 2.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 170 → 140 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 25 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% 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: 120 → 70 °Ct: 30 → 60 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 5 L mengandungi 210 g O₂ pada 60 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 210 gM = 32 g/molV = 5 LT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 400 kPa, 20 L, 35 °C kepada 750 kPa dan 70 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 400 kPaV1 = 20 LT1 = 35 °CP2 = 750 kPaT2 = 70 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
8 g Fe2O3 dan 8 g CO bertindak balas mengikut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapakah jisim m bagi CO2 yang boleh terbentuk?
M(Fe2O3) = 159.69M(CO) = 28.01M(CO2) = 44.01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas 2H2 + O2 → 2H2O, 16 g H2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 88.67 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 88.67 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 166.7 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) = 1000·(5 − 10)/(10 − 40) = 166.7 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 166.7 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 2480 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 = 3100·10/50 = 620 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 3100 − 620 = 2480 kg/h
Jawapan
W = 2480 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 68.78 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 2.5·2.44·(170 − 140) = 183 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 25 + 183/(1·4.18) = 68.78 °C
Jawapan
tout = 68.78 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.884 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·2.1·(120 − 70) = 262.5 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·262.5 = 236.3 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 236.3/(4.18·30) = 1.884 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.884 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 3635 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 210/32 = 6.563 mol
T = 60 + 273.15 = 333.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 6.563·8.314·333.1/0.005 = 3635 kPa
Jawapan
P = 3635 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 11.88 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 308.1 K, T2 = 343.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(400/750)·(343.1/308.1) = 11.88 L
Jawapan
V2 = 11.88 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 6.614 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(Fe2O3) = 8/159.69 = 0.0501 mol
n(CO) = 8/28.01 = 0.2856 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.0501/1 = 0.0501, 0.2856/3 = 0.0952 → Fe2O3
Jisim hasil
n(CO2) = 0.0501·3 = 0.1503 mol
m = 0.1503·44.01 = 6.614 g
Jawapan
m = 6.614 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(H2) = 16/2.016 = 7.937 mol
m = 7.937·2/2·18.02 = 143 g
Hasil peratusan
Y = 88.67/143·100 = 62%
Jawapan
Y = 62%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances