L'estequiometria en la indústria, el medi ambient i la societat

Les fàbriques de ciment escalfen pedra calcària en grans forns: $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$.

1. a) Assenyala el reactiu i els productes de la reacció.
2. b) Explica per què una cimentera emet diòxid de carboni encara que el forn s'escalfés només amb electricitat renovable: d'on surt aquest gas?

En un alt forn, el mineral de ferro reacciona amb monòxid de carboni: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\ \text{CO} \rightarrow 2\ \text{Fe} + 3\ \text{CO}_2$.

1. a) Assenyala els reactius i els productes.
2. b) Explica amb una frase què li fa el monòxid de carboni a l'òxid de ferro: quina substància es queda amb el seu oxigen?

Una central tèrmica crema carbó, que simplificant és carboni: $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$. Calcula quina massa de diòxid de carboni s'emet per cada $12\ \text{kg}$ de carboni cremats (masses atòmiques: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

En una prova, una caldera industrial crema $120\ \text{kg}$ de carbó, que pots considerar carboni pur: $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$. Calcula, passant pels mols o per proporcions, la massa de diòxid de carboni emesa (masses atòmiques: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El cap de producció d'una planta química diu que el seu reactor treballa «amb un rendiment del $90\ \%$».

1. a) Explica amb les teves paraules què significa aquesta dada, pensant en la diferència entre el que prediu l'equació igualada i el que surt de debò del reactor.
2. b) Raona per què a la pràctica el rendiment d'un procés industrial mai arriba exactament al $100\ \%$.

L'amoníac que es fabrica en grans plantes, $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, és la matèria primera dels fertilitzants.

1. a) Quants mols d'amoníac s'obtenen, com a màxim, a partir de $1\ \text{mol}$ de nitrogen?
2. b) Explica per què es diu que aquesta reacció «fixa» el nitrogen de l'aire i per què és tan important per a l'agricultura.

L'anomenat hidrogen verd s'obté per electròlisi de l'aigua: $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$.

1. a) Quina massa d'hidrogen s'obté en descompondre $2\ \text{mol}$ d'aigua? (massa molar: $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$).
2. b) Explica quina condició ha de complir l'electricitat utilitzada perquè aquest hidrogen es pugui anomenar «verd».

Alguns carbons porten sofre com a impuresa, que en cremar-se reacciona: $\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$.

1. a) Calcula quina massa de diòxid de sofre es forma en cremar $32\ \text{g}$ de sofre (masses molars: $\text{S} = 32\ \text{g/mol}$; $\text{SO}_2 = 64\ \text{g/mol}$).
2. b) Anomena el problema ambiental associat a les emissions de $\text{SO}_2$.

Per netejar els gasos d'una central tèrmica es fa passar el fum per un llit de pedra calcària, que atrapa el diòxid de sofre: $\text{SO}_2 + \text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaSO}_3 + \text{CO}_2$. La central emet $128\ \text{kg}$ de $\text{SO}_2$ al dia. Calcula, passant pels mols o per proporcions, la massa de carbonat de calci que fa falta diàriament per atrapar-lo tot (masses molars: $\text{SO}_2 = 64\ \text{g/mol}$; $\text{CaCO}_3 = 100\ \text{g/mol}$).

En la fotosíntesi, les plantes fabriquen glucosa i alliberen oxigen: $6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2$. La proporció de l'equació és: per cada $264\ \text{g}$ de $\text{CO}_2$ absorbits s'alliberen $192\ \text{g}$ de $\text{O}_2$. S'estima que els arbres d'un parc urbà fixen $1\,320\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ a l'any, com mostra la figura.

Calcula:

1. a) La massa d'oxigen que retornen a l'aire en un any.
2. b) Comenta per què els parcs urbans es consideren «pulmons» de la ciutat.