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 25% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 750 kg/hx1 = 30 %x2 = 20 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 2900 kg/hxF = 5 %xP = 65 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
etanol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 130 → 90 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
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 → 70 °Ct: 10 → 25 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 150 g O₂ pada 650 kPa dan 80 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 150 gM = 32 g/molP = 650 kPaT = 80 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah O₂ yang tetap berubah daripada 250 kPa, 5 L, 30 °C kepada 450 kPa dan 80 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 250 kPaV1 = 5 LT1 = 30 °CP2 = 450 kPaT2 = 80 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
4 g Al dan 64 g Cl2 bertindak balas mengikut 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3. Berapakah jisim m bagi AlCl3 yang boleh terbentuk?
M(Al) = 26.98M(Cl2) = 70.9M(AlCl3) = 133.33 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 30 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 40.21 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(C3H8) = 44.1 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 40.21 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
gula: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 750·(30 − 25)/(25 − 20) = 750 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 750 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 2677 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 = 2900·5/65 = 223.1 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 2900 − 223.1 = 2677 kg/h
Jawapan
W = 2677 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 33.35 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1.5·2.44·(130 − 90) = 146.4 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 146.4/(1.5·4.18) = 33.35 °C
Jawapan
tout = 33.35 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 5.779 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 1.5·2.44·(180 − 70) = 402.6 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·402.6 = 362.3 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 362.3/(4.18·15) = 5.779 kg/s
Jawapan
ṁc = 5.779 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 21.17 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 150/32 = 4.688 mol
T = 80 + 273.15 = 353.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 4.688·8.314·353.1/650 = 21.17 L
Jawapan
V = 21.17 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 3.236 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 303.1 K, T2 = 353.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(250/450)·(353.1/303.1) = 3.236 L
Jawapan
V2 = 3.236 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 19.77 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(Al) = 4/26.98 = 0.1483 mol
n(Cl2) = 64/70.9 = 0.9027 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.1483/2 = 0.07413, 0.9027/3 = 0.3009 → Al
Jisim hasil
n(AlCl3) = 0.07413·2 = 0.1483 mol
m = 0.1483·133.33 = 19.77 g
Jawapan
m = 19.77 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 82 %
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(C3H8) = 30/44.1 = 0.6803 mol
m = 0.6803·4/1·18.02 = 49.03 g
Hasil peratusan
Y = 40.21/49.03·100 = 82%
Jawapan
Y = 82%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances