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% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 550 kg/hx1 = 20 %x2 = 40 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 4500 kg/hxF = 15 %xP = 45 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
campuran glikol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 2 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 60 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 2 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 70 °Ct: 10 → 65 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 330 g CO₂ pada 300 kPa dan 70 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 330 gM = 44.01 g/molP = 300 kPaT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah N₂ yang tetap berubah daripada 100 kPa, 2 L, 40 °C kepada 250 kPa dan 230 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 100 kPaV1 = 2 LT1 = 40 °CP2 = 250 kPaT2 = 230 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
12 g H2 dan 32 g O2 bertindak balas mengikut 2H2 + O2 → 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(H2) = 2.016M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas 2Na + Cl2 → 2NaCl, 4 g Na bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 8.64 g NaCl dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(Na) = 22.99 g/molM(NaCl) = 58.44 g/molsebenar: 8.64 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 183.3 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) = 550·(20 − 25)/(25 − 40) = 183.3 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 183.3 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 1500 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 = 4500·15/45 = 1500 kg/h
Jawapan
P = 1500 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 136.3 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 2·3.6·(170 − 60) = 792 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 792/(1.5·4.18) = 136.3 °C
Jawapan
tout = 136.3 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 2.13 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2·3.6·(150 − 70) = 576 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·576 = 489.6 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 489.6/(4.18·55) = 2.13 kg/s
Jawapan
ṁc = 2.13 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 71.31 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 330/44.01 = 7.498 mol
T = 70 + 273.15 = 343.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 7.498·8.314·343.1/300 = 71.31 L
Jawapan
V = 71.31 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 1.285 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 313.1 K, T2 = 503.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(100/250)·(503.1/313.1) = 1.285 L
Jawapan
V2 = 1.285 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 36.04 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(H2) = 12/2.016 = 5.952 mol
n(O2) = 32/32 = 1 mol
Bahan tindak balas pengehad
5.952/2 = 2.976, 1/1 = 1 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 1·2 = 2 mol
m = 2·18.02 = 36.04 g
Jawapan
m = 36.04 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 84.97 %
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(Na) = 4/22.99 = 0.174 mol
m = 0.174·2/2·58.44 = 10.17 g
Hasil peratusan
Y = 8.64/10.17·100 = 84.97%
Jawapan
Y = 84.97%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances