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第 1 题

在污水处理厂处理废水时，碳水化合物 (CHX2O)n(\ce{CH2O})_n 的45 %被完全氧化为 COX2\ce{CO2} 和 HX2O\ce{H2O}；10 %发生厌氧发酵分解为两种气体组分（COX2\ce{CO2} 和 CHX4\ce{CH4}）；其余（45 %）留在污泥中。每天的总产气量为16 m3^3（25 °C，100 kPa）。1.1 污泥中残留的碳水化合物质量为每天多少千克？1.2 利用甲烷的燃烧热（−882-882 kJ mol−1^{-1}），计算每天生成的甲烷燃烧可产生的能量。1.3 已知废水中碳水化合物的浓度为 250 mg dm−3^{-3}，计算该厂每天处理的废水量（以每天水 m3^3 计）。
第 2/5 步：产气反应
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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}
分析

完全氧化将每个单体单元 CHX2O\ce{CH2O} 转化为1 mol COX2\ce{CO2} 气体（水为液态）；厌氧发酵将每个 CHX2O\ce{CH2O} 转化为 0.5 COX2+0.5 CHX4=10.5\ \ce{CO2} + 0.5\ \ce{CH4} = 1 mol 总气体。因此无论被氧化（45 %）还是被发酵（10 %），每个反应的单体单元均恰好给出1 mol气体，故进料碳水化合物的 45 %+10 %=55 %45\,\% + 10\,\% = 55\,\% 对应于646 mol气体。