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 1600 kg/h · 30% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 5% NaOHProduk25% NaOH

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 25% NaOH? Cari ṁ2.

ṁ1 = 600 kg/hx1 = 30 %x2 = 5 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
PenyejatSuapan F1200 kg/h · 11% garamHasil P40% garamWap W (air tulen)W = ? kg/h

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

F = 1200 kg/hxF = 11 %xP = 40 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
sebelah panassebelah sejukcampuran glikol · 140 °C110 °Cair · 25 °Ct = ? °C

campuran glikol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.

ṁh = 2.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 140 → 110 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 25 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
sebelah panassebelah sejuketanol · 150 °C80 °Cair · 25 °C55 °C · ṁ = ?15% hilang

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 = 3 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 80 °Ct: 25 → 55 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
270 g CO₂V = 20 LT = 35 °CP = ?

Satu tangki 20 L mengandungi 270 g CO₂ pada 35 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 270 gM = 44.01 g/molV = 20 LT = 35 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
N₂, M = 28.01 g/molP = 600 kPaT = 180 °Cρ = ?

Cari ketumpatan ρ bagi N₂ pada 600 kPa dan 180 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 28.01 g/molP = 600 kPaT = 180 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
m(X)n(X)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(X)× 2/ν× M(H2​O)

20 g CH4 dan 8 g O2 bertindak balas mengikut CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?

M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
m(Na)n(Na)n(NaCl)m(NaCl)÷ M(Na)× 2/2× M(NaCl)

Dalam tindak balas 2Na + Cl2 → 2NaCl, 30 g Na bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 57.19 g NaCl dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Na) = 22.99 g/molM(NaCl) = 58.44 g/molsebenar: 57.19 g
Y = %

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ2 = 150 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) = 600·(30 − 25)/(25 − 5) = 150 kg/h

Jawapan

ṁ2 = 150 kg/h
2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 870 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 = 1200·11/40 = 330 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 1200 − 330 = 870 kg/h

Jawapan

W = 870 kg/h
3.Imbangan tenaga

Jawapan: tout = 68.06 °C

Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 2.5·3.6·(140 − 110) = 270 kW

Haba yang diserap oleh air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 25 + 270/(1.5·4.18) = 68.06 °C

Jawapan

tout = 68.06 °C
4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁc = 3.473 kg/s

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

Haba dibebaskan

Qh = 3·2.44·(150 − 80) = 512.4 kW

Haba yang sampai kepada air

Qc = (1 − 0.15)·512.4 = 435.5 kW

Kadar alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 435.5/(4.18·30) = 3.473 kg/s

Jawapan

ṁc = 3.473 kg/s
5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 785.9 kPa

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

Mol

n = m/M = 270/44.01 = 6.135 mol
T = 35 + 273.15 = 308.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 6.135·8.314·308.1/0.02 = 785.9 kPa

Jawapan

P = 785.9 kPa
6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 4.461 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 = 600·28.01/(8.314·453.1) = 4.461 kg/m³

Jawapan

ρ = 4.461 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawapan: m = 4.505 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(CH4) = 20/16.04 = 1.247 mol
n(O2) = 8/32 = 0.25 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.247/1 = 1.247, 0.25/2 = 0.125 → O2

Jisim hasil

n(H2O) = 0.125·2 = 0.25 mol
m = 0.25·18.02 = 4.505 g

Jawapan

m = 4.505 g
8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 74.99 %

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(Na) = 30/22.99 = 1.305 mol
m = 1.305·2/2·58.44 = 76.26 g

Hasil peratusan

Y = 57.19/76.26·100 = 74.99%

Jawapan

Y = 74.99%

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