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 · 15% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 30% garamProduk20% garam

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

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 15 %x2 = 30 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F2800 kg/h · 7% NaOHHasil PP = ? · 40%Wap W (air tulen)0% NaOH

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

F = 2800 kg/hxF = 7 %xP = 40 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejuketanol · 120 °C60 °Cair · 30 °Ct = ? °C

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

ṁh = 3 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 120 → 60 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 180 °C70 °Cair · 25 °C70 °C · ṁ = ?15% hilang

minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 180 → 70 °Ct: 25 → 70 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
350 g N₂P = 750 kPaT = 10 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 350 g N₂ pada 750 kPa dan 10 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 350 gM = 28.01 g/molP = 750 kPaT = 10 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
O₂, M = 32 g/molP = 850 kPaT = 10 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi O₂ pada 850 kPa dan 10 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 32 g/molP = 850 kPaT = 10 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(X)× 2/ν× M(AlCl3​)

6 g Al dan 80 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
m(Mg)n(Mg)n(MgO)m(MgO)÷ M(Mg)× 2/2× M(MgO)

Dalam tindak balas 2Mg + O2 → 2MgO, 24 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 24.67 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 24.67 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 150 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·(15 − 20)/(20 − 30) = 150 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 150 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 490 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 = 2800·7/40 = 490 kg/h

Jawapan

P = 490 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 100 °C

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

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 3·2.44·(120 − 60) = 439.2 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 439.2/(1.5·4.18) = 100 °C

Jawapan

tout = 100 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 0.5219 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 0.5·2.1·(180 − 70) = 115.5 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·115.5 = 98.17 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 98.17/(4.18·45) = 0.5219 kg/s

Jawapan

ṁc = 0.5219 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 39.22 L

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

Mol

n = 350/28.01 = 12.5 mol
T = 10 + 273.15 = 283.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 12.5·8.314·283.1/750 = 39.22 L

Jawapan

V = 39.22 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 11.55 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 10 + 273.15 = 283.1 K

Ketumpatan

ρ = 850·32/(8.314·283.1) = 11.55 kg/m³

Jawapan

ρ = 11.55 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 29.65 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) = 6/26.98 = 0.2224 mol
n(Cl2) = 80/70.9 = 1.128 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.2224/2 = 0.1112, 1.128/3 = 0.3761 → Al

Jisim hasil

n(AlCl3) = 0.1112·2 = 0.2224 mol
m = 0.2224·133.33 = 29.65 g

Jawapan

m = 29.65 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 62.01 %

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(Mg) = 24/24.31 = 0.9872 mol
m = 0.9872·2/2·40.3 = 39.79 g

Hasil peratusan

Y = 24.67/39.79·100 = 62.01%

Jawapan

Y = 62.01%

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