Kütle ve Enerji Denklikleri: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 8 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Kütle denkliği

Kararlı hâl
giren = çıkan
Toplam denklik
ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
Bileşen denkliği
ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
Buharlaştırıcı
F·xF = P·xP, W = F − P

Enerji denkliği

Duyulur ısı
Q = ṁ·cp·ΔT
Gizli ısı
Q = ṁ·hfg
Karışma
ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
Su
cp ≈ 4,18 kJ/(kg·K)

İdeal gaz yasası

İdeal gaz yasası
pV = nRT
Gaz sabiti
R = 8,314 J/(mol·K)
Birleşik gaz yasası
p1V1/T1 = p2V2/T2
Mol
n = m/M
Sıcaklık
T[K] = T[°C] + 273,15

Stokiyometri

Mol
n = m/M
Konsantrasyon
c = n/V
Mol oranı
denkleştirilmiş denklemin katsayılarını kullanın
Sınırlayıcı reaktan
ilk tükenen
Yüzde verim
gerçek / teorik × 100%

Yöntem

  1. Kimyasal denklemi yazın ve denkleştirin.
  2. Verilen kütleyi mole çevirin: n = m/M.
  3. İstediğiniz maddenin mol sayısını bulmak için katsayıları mol oranı olarak kullanın.
  4. m = n·M ile kütleye geri çevirin. İki reaktan varsa önce sınırlayıcı reaktanı bulun.

2Alıştırma soruları

1.Kütle denkliğiOrta
KarıştırıcıAkım 1850 kg/h · 40% NaOHAkım 2ṁ₂ = ? · 20% NaOHÜrün25% NaOH

Karışım ürünü %25 NaOH içersin diye akım 1’e saatte ne kadar akım 2 eklenmeli? ṁ2 değerini bulun.

ṁ1 = 850 kg/hx1 = 40 %x2 = 20 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Kütle denkliğiZor
BuharlaştırıcıBesleme F1100 kg/h · 20% NaOHÜrün PP = ? · 50%Buhar W (saf su)0% NaOH

Bir buharlaştırıcı saf su buharlaştırarak bir NaOH çözeltisini deriştiriyor. ürün debisi P değerini kg/h cinsinden bulun.

F = 1100 kg/hxF = 20 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Enerji denkliğiOrta
sıcak tarafsoğuk tarafetanol · 150 °C100 °Csu · 15 °Ct = ? °C

Sıcak etanol, ısı kaybı olmayan ters akışlı bir ısı değiştiricide suyu soğutuyor. Suyun çıkış sıcaklığı tout değerini bulun.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Cṁc = 0,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Enerji denkliğiZor
sıcak tarafsoğuk tarafhafif yağ · 140 °C60 °Csu · 10 °C40 °C · ṁ = ?%5 kayıp

Sıcak hafif yağ, sıcak akımın verdiği ısının %5’ini çevreye kaybeden bir değiştiricide suyu ısıtıyor. Gereken su debisi ṁc değerini bulun.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 140 → 60 °Ct: 10 → 40 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kayıp = %5
ṁc = kg/s
5.İdeal gaz yasasıOrta
140 g CH₄V = 5 LT = 40 °CP = ?

5 L hacimli bir tank, 40 °C sıcaklığında 140 g CH₄ içeriyor. İdeal gaz kabul edip basınç P değerini bulun.

m = 140 gM = 16,04 g/molV = 5 LT = 40 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.İdeal gaz yasasıZor
He, M = 4,003 g/molP = 450 kPaT = 20 °Cρ = ?

He gazının 450 kPa ve 20 °C koşullarındaki yoğunluğu ρ değerini ideal gaz kabul ederek bulun.

M = 4,003 g/molP = 450 kPaT = 20 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StokiyometriOrta
m(X)n(X)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(X)× 2/ν× M(NH3​)

4 g N2 ve 32 g H2, N2 + 3H2 → 2NH3 denklemine göre tepkimeye giriyor. En fazla ne kadar kütle m NH3 oluşabilir?

M(N2) = 28,02M(H2) = 2,016M(NH3) = 17,03 g/mol
m = g
8.StokiyometriZor
m(H2​)n(H2​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(H2​)× 2/2× M(H2​O)

2H2 + O2 → 2H2O tepkimesinde 30 g H2 tamamen tepkimeye giriyor (diğer reaktanlar fazla) ve 201,1 g H2O toplanıyor. Yüzde verim Y'i bulun.

M(H2) = 2,016 g/molM(H2O) = 18,02 g/molgerçek: 201,1 g
Y = %

3Çözeltiler

1.Kütle denkliği

Cevap: ṁ2 = 2550 kg/h

Kararlı hal kütle denkliği: toplam ve her bileşen için giren = çıkan. Karıştırma problemleri ikisini birleştirir.

Denklikler

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

ṁ2 için çözün

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 850·(40 − 25)/(25 − 20) = 2550 kg/h

Cevap

ṁ2 = 2550 kg/h
2.Kütle denkliği

Cevap: P = 440 kg/h

Bağlayıcı bileşen: tek bir akımda değişmeden geçen bileşen (burada çözünen) debileri doğrudan bağlar. Gerisini toplam denklik verir.

Çözünen denkliği

F·xF = P·xP → P = 1100·20/50 = 440 kg/h

Cevap

P = 440 kg/h
3.Enerji denkliği

Cevap: tout = 44,19 °C

Değiştirici enerji denkliği: kayıp yokken ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Sıcak akımın verdiği ısı

Q = 0,5·2,44·(150 − 100) = 61 kW

Suyun aldığı ısı

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 61/(0,5·4,18) = 44,19 °C

Cevap

tout = 44,19 °C
4.Enerji denkliği

Cevap: ṁc = 2,545 kg/s

Kayıplı enerji denkliği: verilen ısı = alınan ısı + kaybedilen ısı.

Verilen ısı

Qh = 2·2,1·(140 − 60) = 336 kW

Suya ulaşan ısı

Qc = (1 − 0,05)·336 = 319,2 kW

Su debisi

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 319,2/(4,18·30) = 2,545 kg/s

Cevap

ṁc = 2,545 kg/s
5.İdeal gaz yasası

Cevap: P = 4545 kPa

İdeal gaz yasası: PV = nRT, n = m/M ile.

Mol

n = m/M = 140/16,04 = 8,728 mol
T = 40 + 273,15 = 313,1 K

Basınç

P = nRT/V = 8,728·8,314·313,1/0,005 = 4545 kPa

Cevap

P = 4545 kPa
6.İdeal gaz yasası

Cevap: ρ = 0,7391 kg/m³

İdeal gaz yoğunluğu: ρ = PM/(RT).

Gaz yasasını düzenleyin

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 20 + 273,15 = 293,1 K

Yoğunluk

ρ = 450·4,003/(8,314·293,1) = 0,7391 kg/m³

Cevap

ρ = 0,7391 kg/m³
7.Stokiyometri

Cevap: m = 4,862 g

Stokiyometri: denkleştirilmiş denklem gramları değil tanecikleri sayar. Kütleyi n = m/M ile mole çevirin, denklemin katsayılarını mol oranı olarak kullanın, sonra m = n·M ile geri çevirin. İki reaktan varsa sınırlayıcı reaktan önce tükenen ve ürün miktarını belirleyen reaktandır.

Her reaktanın mol sayısı

n(N2) = 4/28,02 = 0,1428 mol
n(H2) = 32/2,016 = 15,87 mol

Sınırlayıcı reaktan

0,1428/1 = 0,1428, 15,87/3 = 5,291 → N2

Ürünün kütlesi

n(NH3) = 0,1428·2 = 0,2855 mol
m = 0,2855·17,03 = 4,862 g

Cevap

m = 4,862 g
8.Stokiyometri

Cevap: Y = 75 %

Stokiyometri: denkleştirilmiş denklem gramları değil tanecikleri sayar. Kütleyi n = m/M ile mole çevirin, denklemin katsayılarını mol oranı olarak kullanın, sonra m = n·M ile geri çevirin. İki reaktan varsa sınırlayıcı reaktan önce tükenen ve ürün miktarını belirleyen reaktandır.

Teorik verim

n(H2) = 30/2,016 = 14,88 mol
m = 14,88·2/2·18,02 = 268,2 g

Yüzde verim

Y = 201,1/268,2·100 = 75%

Cevap

Y = 75%

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