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 1950 kg/h · 5% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 45% gulaProduk40% gula

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 40% gula? Cari ṁ2.

ṁ1 = 950 kg/hx1 = 5 %x2 = 45 %x3 = 40 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F4700 kg/h · 10% garamHasil PP = ? · 50%Wap W (air tulen)0% garam

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

F = 4700 kg/hxF = 10 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 140 °C110 °Cair · 30 °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: 140 → 110 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 170 °C100 °Cair · 30 °C70 °C · ṁ = ?15% hilang

etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% 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: 170 → 100 °Ct: 30 → 70 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
100 g CH₄P = 300 kPaT = 10 °CV = ?

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 100 g CH₄ pada 300 kPa dan 10 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 100 gM = 16.04 g/molP = 300 kPaT = 10 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
CH₄, M = 16.04 g/molP = 650 kPaT = 170 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 650 kPa dan 170 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 16.04 g/molP = 650 kPaT = 170 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(X)× 3/ν× M(CO2​)

24 g Fe2O3 dan 64 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
m(Al)n(Al)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(Al)× 2/2× M(AlCl3​)

Dalam tindak balas 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, 8 g Al bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 35.98 g AlCl3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Al) = 26.98 g/molM(AlCl3) = 133.33 g/molsebenar: 35.98 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 6650 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) = 950·(5 − 40)/(40 − 45) = 6650 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 6650 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 940 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 = 4700·10/50 = 940 kg/h

Jawapan

P = 940 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 50.1 °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·(140 − 110) = 126 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 126/(1.5·4.18) = 50.1 °C

Jawapan

tout = 50.1 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 1.302 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 1.5·2.44·(170 − 100) = 256.2 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·256.2 = 217.8 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 217.8/(4.18·40) = 1.302 kg/s

Jawapan

ṁc = 1.302 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 48.92 L

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

Mol

n = 100/16.04 = 6.234 mol
T = 10 + 273.15 = 283.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 6.234·8.314·283.1/300 = 48.92 L

Jawapan

V = 48.92 L
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 2.83 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 170 + 273.15 = 443.1 K

Ketumpatan

ρ = 650·16.04/(8.314·443.1) = 2.83 kg/m³

Jawapan

ρ = 2.83 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 19.84 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) = 24/159.69 = 0.1503 mol
n(CO) = 64/28.01 = 2.285 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.1503/1 = 0.1503, 2.285/3 = 0.7616 → Fe2O3

Jisim hasil

n(CO2) = 0.1503·3 = 0.4509 mol
m = 0.4509·44.01 = 19.84 g

Jawapan

m = 19.84 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 91.01 %

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(Al) = 8/26.98 = 0.2965 mol
m = 0.2965·2/2·133.33 = 39.53 g

Hasil peratusan

Y = 35.98/39.53·100 = 91.01%

Jawapan

Y = 91.01%

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