1 / 89

Ισοζύγια Υλικών

Ισοζύγια Υλικών. Τι είναι Ισοζύγιο Μάζας Αρχή Ισοζυγίων Μάζας Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας Στοιχέιων Ισοζύγιο Μάζας Συστατικών Ισοζύγια χωρίς Χημική Αντίδραση Ισοζύγια με Χημική Αντίδραση Μεθοδολογία Επίλυσης Προβλημάτων Βαθμοί Ελευθερίας Ερωτήσεις Κρίσεως. Ισοζύγιο Μάζας.

lynda
Download Presentation

Ισοζύγια Υλικών

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ισοζύγια Υλικών Τι είναι Ισοζύγιο Μάζας Αρχή Ισοζυγίων Μάζας Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας Στοιχέιων Ισοζύγιο Μάζας Συστατικών Ισοζύγια χωρίς Χημική Αντίδραση Ισοζύγια με Χημική Αντίδραση Μεθοδολογία Επίλυσης Προβλημάτων Βαθμοί Ελευθερίας Ερωτήσεις Κρίσεως

  2. Ισοζύγιο Μάζας Ατομικό Βάρος (AB) ενός στοιχείου είναι ο αριθμός που δείχνει πόσες φορές μεγαλύτερη είναι η μάζα του ατόμου του στοιχείου από το 1/12 της μάζας του ισοτόπου άνθρακα-12 (126C). Το Μοριακό Βάρος (ΜΒ) ενός στοιχείου ή μιας χημικής ένωσης είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών των στοιχείων που την απαρτίζουν. Το ΜΒ του αζώτου (Ν2) είναι; Το ΜΒ του θειικού οξέος (Η2SO4) είναι;

  3. Μοριακό Βάρος (ΜΒ) Το ΜΒ του αζώτου (Ν2) είναι; ΜΒ Ν2 = 2 x ΑΒΝ2 = 2 x 14.01 = 28.02ή 28.02 g/mol Το ΜΒ του θειικού οξέος (Η2SO4) είναι; ΜΒ Η2SO4= 2 x ΑΒ Η + ΑΒ S + 4 x ΑΒ O = 2 x 1.008 + 32.07 + 4 x 16 = 98.086 ή 98.086 g/mol

  4. Γραμμοάτομο (g atom), Γραμμομόριο (mol) 1 g atom ενός στοιχείου έχει μάζα σε g ίση αριθμητικά με το ΑΒ και 1 g mol ή molμιας χημικής ένωσης έχει μάζα σε g ίση αριθμητικά με το ΜΒ.

  5. Ισοζύγιο Μάζας Πόσα moles είναι 10 g-Zn; fZn = 10 g Zn / MBZn = 10 g Zn / 65.37 mol Zn/g Zn = 0.153 mol Zn 10 kg Zn περιέχουν μάζα σε kmolίση με: fZn =10 kg Zn / MBZn = 10 kg Zn / 65.37 kmol Zn/kg Zn = 0.153 kmol Zn

  6. Ισοζύγιο Μάζας 20 kmol καυστικoύ νάτριου (NaOH) έχουν μάζαίση με: mNaOH = 20 kmol NaOHxMBNaOH = 20 kmol NaOH x 40 kg NaOH / kmol NaOH = 800 kg NaOH

  7. Moοριακός Τύπος Ο μοριακός τύπος των χημικών ενώσεων απεικονίζει τηναναλογία των γραμμοατόμων ή των γραμμομορίωντων ατόμωνπου συνιστούν μια χημική ένωση 1 mol-H2O περιέχει: 2 g atom υδρογόνου (Η) και 1 g atom οξυγόνου (Ο) ή 1 mol H2και 1/2 mol O2 (όλα τα αέρια είναι διατομικά)

  8. Moριακός Τύπος Ο μοριακός τύπος των χημικών ενώσεων απεικονίζει την αναλογία των γραμμοατόμων ή των γραμμομορίων των ατόμων που συνιστούν μια χημική ένωση Δεν βγαίνει όμως το ίδιο συμπέρασμα όταν η μάζα είναι εκφρασμένη σε g ή kg 18 g H2Oδεν περιέχουν32 (2x18) g Η και 18 (1x18) g Ο, αλλά, 18 g-H2O (1 mol-H2O) περιέχουν 2 gH (2 g atom H x 1g H/g atom H) και 16 gO (1 g atom O x 16 g O/g atom O)

  9. Moριακός Τύπος Σ’ ένα γραμμομόριο μίας χημικής ένωση με μοριακό τύπο ΑxByCz περιέχονται αντίστοιχα x molA, y molBκαι z molC (αν τα Α, Β, C δεν είναι αέρια ΜΒ = ΑΒ) Αντίστοιχα η ίδια χημική ένωση περιέχει x MBx gAy MBy gBκαι z MBz gC

  10. Moριακός Τύπος Σ’ ένα γραμμομόριο μίας χημικής ένωση με μοριακό τύπο ΑxByCz περιέχονται αντίστοιχα x g atomA, y g atomBκαι z g atomC ή x/2 molA, y/2 molBκαι z/2 molC (αν τα Α, Β, C είναι αέρια MB = 2 x AB) Αντίστοιχα η ίδια χημική ένωση περιέχει x ABx gAy ABy gBκαι z ABz gC ή x/2ΜBx gAy/2ΜBy gBκαι z/2ΜBz gC

  11. Moριακός Τύπος Γενικά αν γνωρίζουμε τον αριθμό των γραμμομορίων fΑxByCz mol της χημικής ένωσης ΑxByCz μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των mol ή των g atom των χημικών στοιχείων A, B και C που την αποτελούν από τις σχέσεις: fΑ = x fΑxByCz fΒ = y fΑxByCz fC = z fΑxByCz Προσοχή αν τα Α, Β, C είναι αέρια

  12. Moριακός Τύπος Αντίστοιχα, αν είναι γνωστά τα γραμμομόρια ενός χημικού στοιχείου fΒ της χημικής ένωσης ΑxByCz μπορούν να υπολογιστούν τα γραμμομόρια όλων των υπολοίπων χημικών στοιχείων και της χημικής ένωσης από τις εξισώσεις: fΑxByCz = fΒ / y = fΑ / x = fC / z

  13. Moριακός Τύπος 1 mol-H2SO4 περιέχει: 2 g atom Η, 1 g atom S και 4 g atom Ο ή 1 mol Η2, 1 mol S και 2 mol Ο2 1 mol H2SO4έχειμάζα: 1 mol-H2SO4 x MB H2SO4 = = 1 mol-H2SO4 x 98.086 g- H2SO4 / mol- H2SO4 = 98.086 g- H2SO4

  14. Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 gH2SO4 ; fH2SO4 = mH2SO4 / MBH2SO4 = 300 g-H2SO4 / 98.086 g H2SO4 / mol H2SO4 = 3.058 mol H2SO4 fH2SO4H= 2 g atom H/mol H2SO4 x f H2SO4 = 1 mol H2/mol H2SO4 x 3.058 mol H2SO4 = 3.058 mol H mH2SO4H = fH2SO4H x MBH2 = 3.058 mol H2x 2.016 g H2/mol H2 = 6.166 g H2

  15. Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 gH2SO4 ; f H2SO4 = 3.058 mol H2SO4 fH2SO4S= 1 g atom S/mol H2SO4 x f H2SO4 = 1 mol S/mol H2SO4 x 3.058 mol H2SO4 = 3.058 mol S mH2SO4S = fH2SO4S x MBS = 3.058 mol H2x 32.064 g S/mol S = 98.09 g S

  16. Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 gH2SO4 ; f H2SO4 = 3.058 mol H2SO4 fH2SO4O= 1 g atom O/mol H2SO4 x f H2SO4 = 2 mol O2/mol H2SO4 x 3.058 mol H2SO4 = 6.117 mol O2 mH2SO4O = fH2SO4O x MBO2 = 6.117 mol O2x 32.00 g O2/mol O2 = 195.746 g O2

  17. Moριακός Τύπος Πόσο Η, S και Ο περιέχουν 300 gH2SO4 ; Επαλήθευση mH2SO4 = mH2SO4H + mH2SO4S + mH2SO4O = 6.166 g H2+ 98.087 g S + 195.746 g O2 = 299.999 g H2SO4

  18. Υπόθεση Avogadro Ίσοι όγκοι αερίων, στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων και αντίστροφα Δηλαδή ο ίδιος αριθμός μορίων αερίων στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο. Vm = 22.4L/mol = 22.4m3/kmol

  19. Υπόθεση Avogadro Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ3) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ3, του Ν και του Η σε g; Έστω fΝΗ3, fΝ2 και fΗ2 τα γραμμομόρια και mΝΗ3, mΝ2 και mΗ2 η μάζα της αμμωνίας, του αζώτου και του υδρογόνου αντίστοιχα.

  20. Υπόθεση Avogadro Τα γραμμομόρια της αμμωνίας είναι: fΝΗ3 = V/Vm = 85L ΝΗ3 / 22.4L/mol = 3.79mol ΝΗ3 Σύμφωνα με το μοριακό τύπο της ΝΗ3 1 mol-ΝΗ3 περιέχει 1/2mol-Ν2 και ?mol-Η 3/2mol-H2 Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ3) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ3, του Ν και του Η σε g;

  21. Υπόθεση Avogadro fΝΗ3 = 3.795mol ΝΗ3 επομένως τα γραμμομόρια του αζώτου και του υδρογόνου είναι: fΝ2 = 3.79mol-ΝΗ3x1/2mol-Ν2/ mol-ΝΗ3 = 1.897mol-Ν2 fΗ2 = 3.79mol-ΝΗ3x3/2mol-H2/ mol-ΝΗ3 = 5.692mol-H2 Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ3) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ3, του Ν και του Η σε g;

  22. Υπόθεση Avogadro fΝΗ3 = 3.790mol ΝΗ3 Eπομένως η μάζα της αμμωνίας, του αζώτου και του υδρογόνου που περιέχονται στο δοχείο είναι: fΝ2 = 1.897mol-Ν2 fΗ2 = 5.692mol-H2 mΝΗ3= fΝΗ3x MBNH3 = 3.79mol-ΝΗ3x17.034g ΝΗ3/mol ΝΗ3 = 64.638g ΝΗ3 mΝ2= fΝ2x MBN2 = 1.897mol Ν2x28.02g Ν2/mol Ν2 = 53.163g Ν2 mΗ2= fΗ2x MBH2 = 5.692mol Η2x2.016g Η2/mol-H2= 11.475g Η2 mΝΗ3=mΝ2 + mΗ2 Σ΄ ένα δοχείο περιέχονται 85 L αμμωνίας (ΝΗ3) σε πρότυπες συνθήκες. Πόσα γραμμομόρια ΝΗ3, Ν και Η περιέχονται στο δοχείο, πόση είναι η μάζα της ΝΗ3, του Ν και του Η σε g;

  23. Η χημική εξίσωση Όλες οι πληροφορίες, ποιοτικές και ποσοτικές, που πρέπει να είναι γνωστές, ώστε να είναι σαφώς καθορισμένη μια χημική αντίδραση αποτυπώνονται στη χημική εξίσωση της αντίδρασης. CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O (g) Αντιδρώντα προϊόντα

  24. Η χημική εξίσωση CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O (g) Αντιδρώντα προϊόντα

  25. Η χημική εξίσωση CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O (g) Αντιδρώντα προϊόντα Οι αριθμητικοί συντελεστές της χημικής εξίσωσης ονομάζονται στοιχειομετρικοί συντελεστές και εκφράζουν την αναλογία των γραμμομορίων με την οποία συμμετέχουν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα στη χημική αντίδραση. Οι στοιχειομετρικοί συντελεστές της χημικής αντίδρασης δίνουν τη δυνατότητα εκτέλεσης ποσοτικών υπολογισμών που αφορούν τα συστατικά που συμμετέχουν σ’ αυτήν.

  26. Η χημική εξίσωση CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O (g) Αντιδρώντα προϊόντα Αν δηλαδή στην παραπάνω εξίσωση καίγονταν πλήρως 10 mol-CH4 τότε αυτά θα αντιδρούσαν με 2x10 mol-O2 και θα σχηματίζονταν 10 mol-CO2 και 2x10 mol-H2O. Η αναλογία των γραμμομορίων που καταναλώνεται το CH4 και το Ο2 και σχηματίζονται το CO2 και το H2O είναι σταθερή καθ’ όλη τη διάρκεια της χημικής αντίδρασης και επομένως ισχύει η σχέση mol-CH4/1 = mol-O2/2 = mol-CO2/1 = mol-H2O/2

  27. Η χημική εξίσωση Πόσα g CO(g) απαιτούνται για την αναγωγή 5mol αιματίτη (Fe2O3) και πόσα g Fe(s) και CO2(g) παράγονται; Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)

  28. Η χημική εξίσωση fFe2O3 = 5 mol Fe2O3 Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) mFe2O3= fFe2O3 x MBFe2O3 = 5mol Fe2O3 x 159.7g /mol = 798.5g Fe2O3 Επειδή η αναλογία των γραμμομορίων που καταναλώνονται(cons)από τα αντιδρώντα και σχηματίζονται(gen)από τα προϊόντα είναι σταθερή ισχύει: fconsFe2O3 /1 = fconsCO / 3 = fgenFe / 2 = fgenCO2 / 3 fconsCO= 3 x fconsFe2O3= 3mol CO/mol Fe2O3 x 5mol Fe2O3 = 15mol CO ή mconsCO= fconsCO x MBCO=15mol CO x 28.01g CO/mol CO = 420.15g CO

  29. Η χημική εξίσωση fFe2O3 = 5 mol Fe2O3 Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) fgenFe = 2 x fconsFe2O3= 2 mol Fe/mol Fe2O3 x 5 mol Fe2O3 = 10 mol Fe mgenFe = fconsFe x MBFe =10mol Fe x 55.85 g Fe/mol Fe =558. 5 g Fe fgenCO2 = 3 x fconsFe2O3= 3mol CO2/mol Fe2O3 x 5 mol Fe2O3 = 15 mol CO2 mgenCO2 = fgenCO2 x MBCO2 =15 mol CO2 x 44.01 g CO2/mol CO2 = 660.15 g CO2

  30. Η χημική εξίσωση Επαλήθευση Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) Μαντιδρώντων= Μπροιόντων mconsFe2O3+ mconsCO = mgenFe + mgenCO2 798.5g Fe2O3 + 420.15g CO = 558.5 g Fe + 660.15 g CO2 1218.65 g = 1268.65 g Προσοχή !!!!!!!! Ισχύει εν γένει !!!! Fαντιδρώντων≠ Fπροιόντων fconsFe2O3+ fconsCO ≠ fgenFe + fgenCO2 5mol Fe2O3 + 15mol CO ≠ 10 mol Fe + 15 g CO2 20 mol ≠ 25 mol

  31. Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο Μάζας είναι ο ισολογισμός των ποσοτήτων μάζας που υφίστανται αλλαγές ή διέρχονται μέσα από ένα σύστημα Εξερχόμενα Ρεύματα Eισερχόμενα Ρεύματα Προσεκτική επιλογή των ορίων του συστήματος Ορια του συστήματος

  32. Ρυθμός Εισόδου Μάζας Εντός των ορίων του Συστήματος Ρυθμός Εξόδου Μάζας από τα όρια του Συστήματος Ρυθμός Παραγωγής Μάζας Εντός του Συστήματος Ρυθμός Κατανάλωσης Μάζας Εντός του Συστήματος + = - Eισερχόμενα Ρεύματα Ορια του συστήματος Γενικό Ισοζύγιο Μάζας Εξερχόμενα Ρεύματα

  33. Eισερχόμενα Ρεύματα Ορια του συστήματος Εφαρμογή Ισοζυγίου Μάζας Εξερχόμενα Ρεύματα • Ολική Μάζα • Ολικά Γραμμομόρια • Μάζα Στοιχείων • Γραμμομόρια Στοιχείων • Μάζα Χημικών Ενώσεων • Γραμμομόρια Χημικών Ενώσεων

  34. Tυπική Παραγωγική Διαδικασία

  35. Απλοποιημένο διάγραμμα ροής F1 F3 F2

  36. Απλοποιημένο διάγραμμα ροής

  37. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

  38. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. S : Ρεύμα (Stream) S1: Ρεύμα 1 (Αρίθμηση Ρευμάτων) R : Χημική Αντίδραση (Reaction) R1: Χημική Αντίδραση 1

  39. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. q1CH4 : Ογκομετρική Μεθανίου Παροχή Ρεύμα 1 m1CH4: Μαζική παροχή Μεθανίου Ρεύμα 1 f1CH4: Γραμμομοριακή Παροχή Μεθανίου Ρεύμα 1 Q1 : Ογκομετρική Παροχή Ρεύμα 1 Μ1: Μαζική παροχή Ρεύμα 1 F1: Γραμμομοριακή Παροχή Ρεύμα 1

  40. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. q1CH4 : Ογκομετρική O2, N2 Παροχή Ρεύμα 2 m1CH4: Μαζική παροχή O2, N2 Ρεύμα 2 f1CH4: Γραμμομοριακή Παροχή O2, N2 Ρεύμα 2 Q2 : Ογκομετρική Παροχή Ρεύμα 2 Μ2: Μαζική παροχή Ρεύμα 2 F2: Γραμμομοριακή Παροχή Ρεύμα 2

  41. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. f3CH4 : Γραμμομοριακή Παροχή CH4, Ρεύμα 3 f3O2: Γραμμομοριακή Παροχή O2, Ρεύμα 3 f3N2: Γραμμομοριακή Παροχή N2 Ρεύμα 3

  42. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

  43. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

  44. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής. x1CH4 : Γραμμομοριακή Σύσταση CH4, Ρεύμα 1 w1CH4: Κατά Βάρος Σύσταση CH4, Ρεύμα 1

  45. Καύση μεθανίου με αέρα Σ' έναν καυστήρα καίγεται μεθάνιο (CH4(g)) με ογκομετρική παροχή 10 m3/h. Να σχεδιαστεί το διάγραμμα ροής.

  46. Πλήρης καύση μεθανίου με περίσσεια αέρα

  47. Πληροφορίες που πρέπει να απεικονίζονται σ’ ένα ρεύμα

  48. Ολικό Ισοζύγιο Μάζας Ισοζύγιο σε moles μπορεί να γίνει μόνο σε συστήματα στα οποία δεν συμβαίνει χημική αντίδραση

  49. Εφαρμογή Ισοζυγίου Μάζας Ολικό ισοζύγιο μάζας: Μ1 + Μ2 = Μ3 Q1ρ1 + Q2ρ2 = Q3ρ3

  50. Ολικό Ισοζύγιο Μάζας: Παράδειγμα Αραίωση φωσφορικού οξέος με νερό, ολικό ισοζύγιο μάζας σε kg/h 1.4 kg/h διαλύματος φωσφορικού οξέος (H3PO4) αραιώνονται με 2.3 kg/h νερού. Πόση είναι η μαζική παροχή του διαλύματος που προκύπτει; Δεδομένα: Μ1 = 1.4 kg-π. διαλ. H3PO4 /h Μ2 = 2.3 kg-Η2Ο/h Ζητούνται: Μ3 = ? kg-αρ. διαλ. Η3PO4/h

More Related