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% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 650 kg/hx1 = 30 %x2 = 10 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 5000 kg/hxF = 20 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 150 → 80 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% 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: 130 → 100 °Ct: 25 → 75 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 70 g CO₂ pada 100 kPa dan 0 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 70 gM = 44.01 g/molP = 100 kPaT = 0 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah He yang tetap berubah daripada 250 kPa, 2 L, 25 °C kepada 200 kPa dan 210 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 250 kPaV1 = 2 LT1 = 25 °CP2 = 200 kPaT2 = 210 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
4 g Fe2O3 dan 16 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 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 30 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 63.36 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(CH4) = 16.04 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 63.36 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 650 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) = 650·(30 − 20)/(20 − 10) = 650 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 650 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 2000 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 = 5000·20/50 = 2000 kg/h
Jawapan
P = 2000 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 67.75 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1.5·2.1·(150 − 80) = 220.5 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 220.5/(1·4.18) = 67.75 °C
Jawapan
tout = 67.75 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.473 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 3·3.6·(130 − 100) = 324 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·324 = 307.8 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 307.8/(4.18·50) = 1.473 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.473 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 36.12 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 70/44.01 = 1.591 mol
T = 0 + 273.15 = 273.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 1.591·8.314·273.1/100 = 36.12 L
Jawapan
V = 36.12 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 4.051 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 298.1 K, T2 = 483.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(250/200)·(483.1/298.1) = 4.051 L
Jawapan
V2 = 4.051 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 3.307 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) = 4/159.69 = 0.02505 mol
n(CO) = 16/28.01 = 0.5712 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.02505/1 = 0.02505, 0.5712/3 = 0.1904 → Fe2O3
Jisim hasil
n(CO2) = 0.02505·3 = 0.07515 mol
m = 0.07515·44.01 = 3.307 g
Jawapan
m = 3.307 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 94 %
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(CH4) = 30/16.04 = 1.87 mol
m = 1.87·2/1·18.02 = 67.41 g
Hasil peratusan
Y = 63.36/67.41·100 = 94%
Jawapan
Y = 94%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances