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 30% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 850 kg/hx1 = 10 %x2 = 50 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 4700 kg/hxF = 14 %xP = 60 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
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: 160 → 130 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
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 = 2.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 180 → 90 °Ct: 25 → 55 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 70 g N₂ pada 400 kPa dan 100 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 70 gM = 28.01 g/molP = 400 kPaT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah N₂ yang tetap berubah daripada 150 kPa, 5 L, 40 °C kepada 350 kPa dan 80 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 150 kPaV1 = 5 LT1 = 40 °CP2 = 350 kPaT2 = 80 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
10 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
Dalam tindak balas Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2, 16 g Fe2O3 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 8.73 g Fe dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(Fe2O3) = 159.69 g/molM(Fe) = 55.85 g/molsebenar: 8.73 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 850 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) = 850·(10 − 30)/(30 − 50) = 850 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 850 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 1097 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 = 4700·14/60 = 1097 kg/h
Jawapan
P = 1097 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 56.27 °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·(160 − 130) = 219.6 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 219.6/(2·4.18) = 56.27 °C
Jawapan
tout = 56.27 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 3.721 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·2.44·(180 − 90) = 549 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·549 = 466.6 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 466.6/(4.18·30) = 3.721 kg/s
Jawapan
ṁc = 3.721 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 19.38 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 70/28.01 = 2.499 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 2.499·8.314·373.1/400 = 19.38 L
Jawapan
V = 19.38 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 2.417 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 313.1 K, T2 = 353.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(150/350)·(353.1/313.1) = 2.417 L
Jawapan
V2 = 2.417 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 8.268 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) = 10/159.69 = 0.06262 mol
n(CO) = 64/28.01 = 2.285 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.06262/1 = 0.06262, 2.285/3 = 0.7616 → Fe2O3
Jisim hasil
n(CO2) = 0.06262·3 = 0.1879 mol
m = 0.1879·44.01 = 8.268 g
Jawapan
m = 8.268 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 78 %
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(Fe2O3) = 16/159.69 = 0.1002 mol
m = 0.1002·2/1·55.85 = 11.19 g
Hasil peratusan
Y = 8.73/11.19·100 = 78%
Jawapan
Y = 78%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances