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 1350 kg/h · 20% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 30% NaOHProduk25% NaOH

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 25% NaOH? Cari ṁ2.

ṁ1 = 350 kg/hx1 = 20 %x2 = 30 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F3300 kg/h · 16% NaOHHasil PP = ? · 50%Wap W (air tulen)0% NaOH

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

F = 3300 kg/hxF = 16 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejuketanol · 120 °C80 °Cair · 20 °Ct = ? °C

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: 120 → 80 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukminyak ringan · 170 °C80 °Cair · 10 °C30 °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 = 3 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 170 → 80 °Ct: 10 → 30 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
350 g HeV = 30 LT = 100 °CP = ?

Satu tangki 30 L mengandungi 350 g He pada 100 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 350 gM = 4.003 g/molV = 30 LT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Keadaan 1Keadaan 2

Jumlah Ar yang tetap berubah daripada 300 kPa, 20 L, 40 °C kepada 150 kPa dan 160 °C. Cari isi padu baharu V2.

P1 = 300 kPaV1 = 20 LT1 = 40 °CP2 = 150 kPaT2 = 160 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(X)× 2/ν× M(H2​O)

16 g CH4 dan 80 g O2 bertindak balas mengikut CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?

M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(C6​H12​O6​)n(C6​H12​O6​)n(C2​H5​OH)m(C2​H5​OH)÷ M(C6​H12​O6​)× 2/1× M(C2​H5​OH)

Dalam tindak balas C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2, 16 g C6H12O6 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 5.07 g C2H5OH dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(C6H12O6) = 180.16 g/molM(C2H5OH) = 46.07 g/molsebenar: 5.07 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 350 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) = 350·(20 − 25)/(25 − 30) = 350 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 350 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 1056 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 = 3300·16/50 = 1056 kg/h

Jawapan

P = 1056 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 90.05 °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·(120 − 80) = 146.4 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 146.4/(0.5·4.18) = 90.05 °C

Jawapan

tout = 90.05 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 5.765 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 3·2.1·(170 − 80) = 567 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·567 = 482 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 482/(4.18·20) = 5.765 kg/s

Jawapan

ṁc = 5.765 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 9042 kPa

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

Mol

n = m/M = 350/4.003 = 87.43 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 87.43·8.314·373.1/0.03 = 9042 kPa

Jawapan

P = 9042 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: V2 = 55.33 L

Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.

Suhu mutlak

T1 = 313.1 K, T2 = 433.1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(300/150)·(433.1/313.1) = 55.33 L

Jawapan

V2 = 55.33 L
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 35.95 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(CH4) = 16/16.04 = 0.9975 mol
n(O2) = 80/32 = 2.5 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.9975/1 = 0.9975, 2.5/2 = 1.25 → CH4

Jisim hasil

n(H2O) = 0.9975·2 = 1.995 mol
m = 1.995·18.02 = 35.95 g

Jawapan

m = 35.95 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 61.96 %

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(C6H12O6) = 16/180.16 = 0.08881 mol
m = 0.08881·2/1·46.07 = 8.183 g

Hasil peratusan

Y = 5.07/8.183·100 = 61.96%

Jawapan

Y = 61.96%

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