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Problème 1

Lors du traitement des eaux usées dans une station d'épuration, 45 % des glucides, (CHX2O)n(\ce{CH2O})_n, sont complètement oxydés en COX2\ce{CO2} et HX2O\ce{H2O} ; 10 % subissent une décomposition anaérobie par fermentation en deux composants gazeux (COX2\ce{CO2} et CHX4\ce{CH4}) ; le reste (45 %) demeure dans les boues. La formation totale de gaz est de 16 m3^3 par jour (à 25 °C, 100 kPa). 1.1 Quelle est la quantité de glucides restant dans les boues en kg par jour ? 1.2 À l'aide de la chaleur de combustion du méthane (−882-882 kJ mol−1^{-1}), calculer la quantité d'énergie pouvant être produite par la combustion du méthane formé par jour. 1.3 Sachant que la concentration en glucides des eaux usées est de 250 mg dm−3^{-3}, calculer le volume journalier d'eaux usées traitées dans la station en m3^3 d'eau par jour.
Étape 2 sur 5 : Réactions générant du gaz
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(CHX2O)n+n OX2→n COX2+n HX2O;(CHX2O)n→n2 COX2+n2 CHX4(\ce{CH2O})_n + n\,\ce{O2} \to n\,\ce{CO2} + n\,\ce{H2O};\quad (\ce{CH2O})_n \to \tfrac{n}{2}\,\ce{CO2} + \tfrac{n}{2}\,\ce{CH4}
Analyse

L'oxydation complète convertit chaque motif CHX2O\ce{CH2O} en 1 mol de gaz COX2\ce{CO2} (l'eau est liquide) ; la fermentation anaérobie convertit chaque CHX2O\ce{CH2O} en 0.5 COX2+0.5 CHX4=10.5\ \ce{CO2} + 0.5\ \ce{CH4} = 1 mol de gaz total. Chaque motif réagissant, qu'il soit oxydé (45 %) ou fermenté (10 %), donne donc exactement 1 mol de gaz, de sorte que 45 %+10 %=55 %45\,\% + 10\,\% = 55\,\% des glucides entrants rendent compte des 646 mol de gaz.