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 10% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 600 kg/hx1 = 35 %x2 = 5 %x3 = 10 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 3800 kg/hxF = 11 %xP = 65 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
etanol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 2 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 140 → 70 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 25 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
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 = 1.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 120 °Ct: 25 → 65 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 5 L mengandungi 310 g He pada 80 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 310 gM = 4.003 g/molV = 5 LT = 80 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah N₂ yang tetap berubah daripada 100 kPa, 5 L, 25 °C kepada 100 kPa dan 180 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 100 kPaV1 = 5 LT1 = 25 °CP2 = 100 kPaT2 = 180 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
20 g H2 dan 40 g O2 bertindak balas mengikut 2H2 + O2 → 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(H2) = 2.016M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2, 4 g Fe2O3 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 3.01 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(Fe2O3) = 159.69 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 3.01 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 3000 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) = 600·(35 − 10)/(10 − 5) = 3000 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 3000 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 643.1 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 = 3800·11/65 = 643.1 kg/h
Jawapan
P = 643.1 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 79.48 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 2·2.44·(140 − 70) = 341.6 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 25 + 341.6/(1.5·4.18) = 79.48 °C
Jawapan
tout = 79.48 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.373 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 1.5·3.6·(170 − 120) = 270 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·270 = 229.5 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 229.5/(4.18·40) = 1.373 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.373 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 45475 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 310/4.003 = 77.44 mol
T = 80 + 273.15 = 353.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 77.44·8.314·353.1/0.005 = 45475 kPa
Jawapan
P = 45475 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 7.599 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 298.1 K, T2 = 453.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(100/100)·(453.1/298.1) = 7.599 L
Jawapan
V2 = 7.599 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 45.05 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(H2) = 20/2.016 = 9.921 mol
n(O2) = 40/32 = 1.25 mol
Bahan tindak balas pengehad
9.921/2 = 4.96, 1.25/1 = 1.25 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 1.25·2 = 2.5 mol
m = 2.5·18.02 = 45.05 g
Jawapan
m = 45.05 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(Fe2O3) = 4/159.69 = 0.02505 mol
m = 0.02505·3/1·44.01 = 3.307 g
Hasil peratusan
Y = 3.01/3.307·100 = 91.01%
Jawapan
Y = 91.01%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances