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 20% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 550 kg/hx1 = 15 %x2 = 30 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 2200 kg/hxF = 14 %xP = 45 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 170 → 100 °Cṁc = 0.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 2 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 70 °Ct: 15 → 60 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 270 g N₂ pada 350 kPa dan 60 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 270 gM = 28.01 g/molP = 350 kPaT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah He yang tetap berubah daripada 200 kPa, 20 L, 20 °C kepada 250 kPa dan 60 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 200 kPaV1 = 20 LT1 = 20 °CP2 = 250 kPaT2 = 60 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
30 g Fe2O3 dan 40 g CO bertindak balas mengikut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapakah jisim m bagi Fe yang boleh terbentuk?
M(Fe2O3) = 159.69M(CO) = 28.01M(Fe) = 55.85 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas N2 + 3H2 → 2NH3, 24 g N2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 26.55 g NH3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molsebenar: 26.55 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 275 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 − 30) = 275 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 275 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 1516 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 = 2200·14/45 = 684.4 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 2200 − 684.4 = 1516 kg/h
Jawapan
W = 1516 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 55.17 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 0.5·2.1·(170 − 100) = 73.5 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 73.5/(0.5·4.18) = 55.17 °C
Jawapan
tout = 55.17 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.972 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2·2.44·(150 − 70) = 390.4 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·390.4 = 370.9 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 370.9/(4.18·45) = 1.972 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.972 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 76.28 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 270/28.01 = 9.639 mol
T = 60 + 273.15 = 333.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 9.639·8.314·333.1/350 = 76.28 L
Jawapan
V = 76.28 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 18.18 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 293.1 K, T2 = 333.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(200/250)·(333.1/293.1) = 18.18 L
Jawapan
V2 = 18.18 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 20.98 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) = 30/159.69 = 0.1879 mol
n(CO) = 40/28.01 = 1.428 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.1879/1 = 0.1879, 1.428/3 = 0.476 → Fe2O3
Jisim hasil
n(Fe) = 0.1879·2 = 0.3757 mol
m = 0.3757·55.85 = 20.98 g
Jawapan
m = 20.98 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(N2) = 24/28.02 = 0.8565 mol
m = 0.8565·2/1·17.03 = 29.17 g
Hasil peratusan
Y = 26.55/29.17·100 = 91.01%
Jawapan
Y = 91.01%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances