La estequiometría en la industria, el medio ambiente y la sociedad

Las fábricas de cemento calientan piedra caliza en grandes hornos: $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$.

1. a) Señala el reactivo y los productos de la reacción.
2. b) Explica por qué una cementera emite dióxido de carbono aunque el horno se calentara solo con electricidad renovable: ¿de dónde sale ese gas?

En un alto horno, el mineral de hierro reacciona con monóxido de carbono: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\ \text{CO} \rightarrow 2\ \text{Fe} + 3\ \text{CO}_2$.

1. a) Señala los reactivos y los productos.
2. b) Explica con una frase qué le hace el monóxido de carbono al óxido de hierro: ¿qué sustancia se queda con su oxígeno?

Una central térmica quema carbón, que simplificando es carbono: $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$. Calcula qué masa de dióxido de carbono se emite por cada $12\ \text{kg}$ de carbono quemados (masas atómicas: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

En una prueba, una caldera industrial quema $120\ \text{kg}$ de carbón, que puedes considerar carbono puro: $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$. Calcula, pasando por los moles o por proporciones, la masa de dióxido de carbono emitida (masas atómicas: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El jefe de producción de una planta química dice que su reactor trabaja «con un rendimiento del $90\ \%$».

1. a) Explica con tus palabras qué significa ese dato, pensando en la diferencia entre lo que predice la ecuación ajustada y lo que sale de verdad del reactor.
2. b) Razona por qué en la práctica el rendimiento de un proceso industrial nunca llega exactamente al $100\ \%$.

El amoniaco que se fabrica en grandes plantas, $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, es la materia prima de los fertilizantes.

1. a) ¿Cuántos moles de amoniaco se obtienen, como máximo, a partir de $1\ \text{mol}$ de nitrógeno?
2. b) Explica por qué se dice que esta reacción «fija» el nitrógeno del aire y por qué es tan importante para la agricultura.

El llamado hidrógeno verde se obtiene por electrólisis del agua: $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$.

1. a) ¿Qué masa de hidrógeno se obtiene al descomponer $2\ \text{mol}$ de agua? (masa molar: $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$).
2. b) Explica qué condición debe cumplir la electricidad usada para que este hidrógeno se pueda llamar «verde».

Algunos carbones llevan azufre como impureza, que al quemarse reacciona: $\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$.

1. a) Calcula qué masa de dióxido de azufre se forma al quemar $32\ \text{g}$ de azufre (masas molares: $\text{S} = 32\ \text{g/mol}$; $\text{SO}_2 = 64\ \text{g/mol}$).
2. b) Nombra el problema ambiental asociado a las emisiones de $\text{SO}_2$.

Para limpiar los gases de una central térmica se hace pasar el humo por un lecho de piedra caliza, que atrapa el dióxido de azufre: $\text{SO}_2 + \text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaSO}_3 + \text{CO}_2$. La central emite $128\ \text{kg}$ de $\text{SO}_2$ al día. Calcula, pasando por los moles o por proporciones, la masa de carbonato de calcio que hace falta a diario para atraparlo todo (masas molares: $\text{SO}_2 = 64\ \text{g/mol}$; $\text{CaCO}_3 = 100\ \text{g/mol}$).

En la fotosíntesis, las plantas fabrican glucosa y liberan oxígeno: $6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2$. La proporción de la ecuación es: por cada $264\ \text{g}$ de $\text{CO}_2$ absorbidos se liberan $192\ \text{g}$ de $\text{O}_2$. Se estima que los árboles de un parque urbano fijan $1\,320\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ al año, como muestra la figura.

Calcula:

1. a) La masa de oxígeno que devuelven al aire en un año.
2. b) Comenta por qué los parques urbanos se consideran «pulmones» de la ciudad.