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 1550 kg/h · 15% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 35% NaOHProduk20% NaOH

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

ṁ1 = 550 kg/hx1 = 15 %x2 = 35 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F1400 kg/h · 11% gulaHasil P60% gulaWap W (air tulen)W = ? kg/h

Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.

F = 1400 kg/hxF = 11 %xP = 60 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejuketanol · 180 °C110 °Cair · 20 °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: 180 → 110 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 120 °C80 °Cair · 30 °C55 °C · ṁ = ?15% hilang

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 = 3 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 120 → 80 °Ct: 30 → 55 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
330 g ArV = 30 LT = 50 °CP = ?

Satu tangki 30 L mengandungi 330 g Ar pada 50 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 330 gM = 39.95 g/molV = 30 LT = 50 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
N₂, M = 28.01 g/molP = 900 kPaT = 180 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi N₂ pada 900 kPa dan 180 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 28.01 g/molP = 900 kPaT = 180 °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​)

16 g Al dan 20 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(Al)n(Al)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(Al)× 2/2× M(AlCl3​)

Dalam tindak balas 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, 20 g Al bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 74.13 g AlCl3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Al) = 26.98 g/molM(AlCl3) = 133.33 g/molsebenar: 74.13 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
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 550·(15 − 20)/(20 − 35) = 183.3 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 183.3 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 1143 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 = 1400·11/60 = 256.7 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 1400 − 256.7 = 1143 kg/h

Jawapan

W = 1143 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 142.6 °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·(180 − 110) = 512.4 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 512.4/(1·4.18) = 142.6 °C

Jawapan

tout = 142.6 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 3.514 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 3·3.6·(120 − 80) = 432 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·432 = 367.2 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 367.2/(4.18·25) = 3.514 kg/s

Jawapan

ṁc = 3.514 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 739.8 kPa

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

Mol

n = m/M = 330/39.95 = 8.26 mol
T = 50 + 273.15 = 323.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 8.26·8.314·323.1/0.03 = 739.8 kPa

Jawapan

P = 739.8 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 6.691 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 180 + 273.15 = 453.1 K

Ketumpatan

ρ = 900·28.01/(8.314·453.1) = 6.691 kg/m³

Jawapan

ρ = 6.691 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 25.07 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) = 16/26.98 = 0.593 mol
n(Cl2) = 20/70.9 = 0.2821 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.593/2 = 0.2965, 0.2821/3 = 0.09403 → Cl2

Jisim hasil

n(AlCl3) = 0.09403·2 = 0.1881 mol
m = 0.1881·133.33 = 25.07 g

Jawapan

m = 25.07 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 75 %

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) = 20/26.98 = 0.7413 mol
m = 0.7413·2/2·133.33 = 98.84 g

Hasil peratusan

Y = 74.13/98.84·100 = 75%

Jawapan

Y = 75%

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