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Quimica 3° · 2024
Libro de Química 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

113/210

Metano en botaderos y gasolinas con y sin plomo

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

1.a) Olor al metano (CH₄) y al H₂S de la fermentación anaerobia; 1.b) Sí, existen botaderos/relles sanitarios identificables en el plan municipal; 1.c) Se produce por fermentación anaerobia y sí es posible captarlo (biogás/biometano); 1.e) Norte 40 %, Sur 35 %, Occidente 25 %; 2.a) Resistencia a la detonación (isooctano = 100); 2.b) Sin plomo: no contamina ni daña la salud; con plomo: plomo tóxico.

📚 exercise quimica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 8 min lectura

Solución — Página 113

Quimica 3° · 2024

1
Ejercicio 1

Enunciado: El metano se produce por la descomposición de materia orgánica y se puede formar en los pantanos y en los botaderos. Realiza las actividades indicadas.

a
Parte 1.a

Investigo y explico la existencia de "olor a gas" en los pantanos y botaderos.

  1. La materia orgánica (hojas, residuos animales, basura) es atacada por microorganismos anaerobios (bacterias que no usan oxígeno).
  2. En estas condiciones se producen fermentaciones anaerobias que generan una mezcla de gases llamada biogás, cuyo componente mayoritario es el metano (\text{CH}_{4}), junto con dióxido de carbono (\text{CO}_{2}) e hidrógeno sulfuroso (\text{H}_{2}\text{S}).
  3. El metano puro es inodoro; el característico "olor a gas" proviene de aditivos odorizantes (usualmente etilmercaptano, \text{C}_{2}\text{H}_{5}\text{SH}) que se añaden al gas doméstico para detectar fugas, y también del \text{H}_{2}\text{S}, de olor a huevo podrido, presente en la descomposición.
  4. Al subir, el metano se acumula en bolsas de gas en lugares cerrados y poco ventilados (pantanos, botaderos), de donde sale ese olor característico.
Respuesta

El olor se debe al metano (\text{CH}_{4}) que se forma por fermentación anaerobia de la materia orgánica y a los compuestos azufrados (\text{H}_{2}\text{S}, etilmercaptano) liberados junto con él.

b
Parte 1.b

Indago si en mi ciudad o lugar de residencia existen botaderos.

  1. Se consulta el plan de manejo de residuos sólidos de la municipalidad o la GAD local.
  2. Se buscan botaderos o rellenos sanitarios en el mapa digital de la zona (Google Maps, OSM).
  3. Se identifican los barrios afectados: suelen estar en la periferia urbana, cerca de quebradas o ríos.

Respuesta orientativa: Sí, la mayoría de ciudades ecuatorianas cuentan con al menos un botadero o relleno sanitario (por ejemplo, el relleno de Cayambe o los botaderos de Guayaquil, Quito y Cuenca), que deben estar identificados y monitoreados por la autoridad ambiental municipal.

c
Parte 1.c

Respondo: ¿Por qué se produce gas en los botaderos? ¿Es posible utilizar el gas producido en un botadero para fines industriales en las ciudades?

  1. En el botadero, la basura orgánica (hortalizas, papel, residuos animales) queda sin oxígeno al compactarse y cubrirse con otros residuos.
  2. Las bacterias anaerobias descomponen esa materia mediante reacciones como: \text{C}_{6}\text{H}_{12}\text{O}_{6} \xrightarrow{\text{anaerobias}} 3\,\text{CH}_{4} + 3\,\text{CO}_{2}
  3. El gas resultante (biogás o "gas de botadero") es rico en metano (\approx 50\!-\!70\%\,\text{CH}_{4}), por lo que es inflamable y útil.
  4. Es factible captarlo: la técnica se llama captura de biogás. Los gases se queman en calderas, se convierten en electricidad mediante motores de combustión o se purifican hasta obtener biometano, que se inyecta a la red de gas natural.
Respuesta

Sí, se produce porque la materia orgánica se descompone en ausencia de oxígeno; y sí es posible aprovecharlo energéticamente para generar electricidad, calor o biometano en las ciudades, reduciendo la contaminación y el metano liberado a la atmósfera (un gas de efecto invernadero potente).

e
Parte 1.e

Relaciono mediante un gráfico, la cantidad de basura acumulada en cada botadero de la ciudad y sus porcentajes correspondientes.

Datos ilustrativos de tres botaderos de una ciudad con 1 000 toneladas acumuladas:

Botadero Tareas Porcentaje
Norte 400 t 40 %
Sur 350 t 35 %
Occidente 250 t 25 %
Total 1 000 t 100 %

Cálculo de porcentajes: \% = \dfrac{\text{parte}}{\text{total}} \times 100

  • Norte: \dfrac{400}{1000} \times 100 = 40\%
  • Sur: \dfrac{350}{1000} \times 100 = 35\%
  • Occidente: \dfrac{250}{1000} \times 100 = 25\%
pie showData
    title Basura acumulada en los botaderos de la ciudad
    "Botadero Norte" : 40
    "Botadero Sur" : 35
    "Botadero Occidente" : 25
Respuesta

La distribución gráfica muestra que el Botadero Norte concentra el mayor volumen de residuos (40 %), seguido por el Sur (35 %) y el Occidente (25 %).

f
Parte 1.f

Escribo las conclusiones y expongo en clases.

  1. La descomposición anaerobia de la materia orgánica produce metano en pantanos y botaderos, generando el llamado "olor a gas".
  2. La acumulación de basura sin tratamiento causa contaminación del aire, del suelo y del agua.
  3. Existe una alternativa técnica: el biogás puede captarse y aprovecharse como fuente de energía limpia.
  4. Conviene implementar reciclaje, compostaje y captura de biogás para reducir los botaderos.
Respuesta

Se concluye que el metano de los botaderos proviene de la fermentación anaerobia, es un contaminante aprovechable como combustible y su captura permite reducir los impactos ambientales de los residuos sólidos urbanos.

2
Ejercicio 2

Enunciado: En equipos, respondemos: a) ¿Qué significa octanaje? b) ¿Qué ventajas y desventajas tiene la gasolina con plomo y sin plomo para el ambiente y los seres humanos? Completamos el cuadro.

a
Parte 2.a
  1. La gasolina es una mezcla de hidrocarburos alifáticos y aromáticos (\text{C}_{4}–\text{C}_{12}).
  2. Al comprimir una mezcla aire-combustible en un motor, la gasolina puede detonar de forma espontánea (golpeteo o detonación), lo que daña el motor.
  3. El octanaje es la medida de la resistencia de una gasolina a la detonación; se expresa como número de octano.
  4. Se definen dos valores: el octano RON (motor de ensayo a baja velocidad) y el MON (alta velocidad). El índice antidetonante se calcula como: \text{IA} = \frac{\text{RON} + \text{MON}}{2}
  5. El hidrocarburo referencia, el 2,2,4-trimetilpentano (isooctano), tiene valor 100; el n-heptano, 0. La gasolina corriente tiene octanoes 87, 91 o 95.
Respuesta

El octanaje es el índice que indica la resistencia de una gasolina a la detonación (golpeteo) en el motor, fijado sobre una escala en la que el isooctano vale 100 y el n-heptano, 0.

b
Parte 2.b

Cuadro comparativo de gasolinas:

Hidrocarburos Ventajas Desventajas
Gasolina con plomo (con tetraetilo de plomo, \text{Pb(C}_{2}\text{H}_{5}\text{)}_{4}) Aumenta el octanaje de forma económica, reduciendo el golpeteo y el desgaste de válvulas; combustible más barato en su momento. El plomo (\text{Pb}) es un metal pesado tóxico: contamina aire, suelo y agua, se acumula en el cuerpo (neurotoxicidad, daño renal, anemia, problemas de aprendizaje en niños), inhibe los catalizadores de los automóviles y causa lluvias ácidas al formar óxidos de plomo.
Gasolina sin plomo (con aditivos oxigenados o reformulada) No emite plomo; protege la salud y el ambiente, permite el uso de convertidores catalíticos que reducen \text{CO} y \text{NO}_{x}; menor coste de mantenimiento del motor. Puede ser más cara; algunos aditivos (como el MTBE o el etanol) aumentan la solubilidad de contaminantes en el agua y en ciertos motores requieren ajustes; su producción implica mayor procesamiento de la gasolina.

Metacognición

  1. ¿Qué he aprendido? Cómo se produce el metano por fermentación anaerobia en pantanos y botaderos, qué es el biogás, el octanaje y la diferencia entre gasolina con y sin plomo.
  2. ¿Cómo lo he aprendido? Mediante la lectura del texto, la investigación bibliográfica, el trabajo en equipo y la construcción de gráficos y cuadros comparativos.
  3. ¿Para qué me ha servido? Para comprender fuentes de energía, contaminación atmosférica y para tomar decisiones informadas como ciudadano sobre tratamiento de residuos y transporte.
  4. ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo? Al hablar de cambio climático y metano, al evaluar el uso de combustibles, al organizar el reciclaje y el compostaje en mi comunidad o al explicar a otros por qué es importante no tirar basura en quebradas.

Respuesta orientativa: El conocimiento adquirido sobre hidrocarburos, biogás y calidad de las gasolinas se aplica en decisiones cotidianas de consumo, transporte y participación ciudadana en la gestión ambiental local.

Respuesta

La gasolina sin plomo es preferible porque elimina el plomo, un contaminante y neurotóxico que se acumula en el ambiente y en el organismo humano.

Contenido de la página

RETO

1. Leo la siguiente afirmación:

El metano se produce por la descomposición de materia orgánica y se puede formar en los pantanos y en los botaderos. A continuación, realiza las siguientes actividades:

  • a) Investigo y explico la existencia de "olor a gas" en los pantanos y botaderos.
  • b) Indago si en mi ciudad o lugar de residencia existen botaderos.
  • c) Respondo: ¿Por qué se produce gas en los botaderos? ¿Es posible utilizar el gas producido en un botadero para fines industriales en las ciudades?
  • e) Relaciono mediante un gráfico, la cantidad de basura acumulada en cada botadero de la ciudad y sus porcentajes correspondientes.
  • f) Escribo las conclusiones y expongo en clases.

ACTIVIDAD PARA TRABAJO EN GRUPO

2. Me reúno en equipos y respondemos las siguientes preguntas. Completamos el cuadro con los datos investigados:

  • a) ¿Qué significa octanaje?
  • b) ¿Qué ventajas y desventajas tiene la gasolina con plomo y sin plomo para el ambiente y los seres humanos?
Hidrocarburos Ventajas Desventajas
Gasolina con plomo
Gasolina sin plomo

METACOGNICIÓN

Preguntas de reflexión: ¿Qué he aprendido? · ¿Cómo lo he aprendido? · ¿Para qué me ha servido? · ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una plenaria para establecer un diálogo acerca del aprendizaje desarrollado en la sección.

Nota: en la página se omite la letra d); la numeración salta de c) a e).

Ejemplos resueltos

Un botadero acumula 250 t de basura de un total de 1 000 t de la ciudad. ¿Qué porcentaje representa?

Se aplica \% = \dfrac{\text{parte}}{\text{total}} \times 100 = \dfrac{250}{1000} \times 100 = 25\%. El botadero representa el 25 % de la basura acumulada.

Se queman 10 mol de glucosa bajo condiciones anaerobias. ¿Cuántos moles de metano se producen?

Según \text{C}_{6}\text{H}_{12}\text{O}_{6} \rightarrow 3\,\text{CH}_{4} + 3\,\text{CO}_{2}, la relación es 1 mol de glucosa por 3 moles de \text{CH}_{4}. Entonces n(\text{CH}_{4}) = 3 \times 10 = 30 mol.

Tablas (2)

Hidrocarburos Ventajas Desventajas
Gasolina con plomo Eleva el octanaje a bajo costo; reduce el golpeteo Emite plomo (Pb) tóxico y bioacumulable; contamina aire, suelo y agua; daña la salud (neurotóxico) e inactiva catalizadores
Gasolina sin plomo No emite plomo; permite convertidores catalíticos (reducen CO y NOₓ); mejor para la salud Puede ser más costosa; algunos aditivos oxigenados (MTBE) contaminan el agua; exige ajustes en el motor
Botadero Tareas Porcentaje
Norte 400 t 40 %
Sur 350 t 35 %
Occidente 250 t 25 %
Total 1 000 t 100 %

Diagrama

graph TD
    A[Materia orgánica] -->|Sin oxígeno| B[Bacterias anaerobias]
    B -->|Fermentación| C[Biogás]
    C --> D[Metano CH₄]
    C --> E[CO₂]
    C --> F[H₂S y compuestos azufrados]
    F -->|Odorizante| G[Olor a gas]
    D -->|Captura| H[Calor / Electricidad / Biometano]

Fórmulas y ecuaciones

\text{C}@@MATH_0@@\text{H}@@MATH_1@@\text{O}@@MATH_2@@_{4} + 3\,\text{CO}_{2}

% = \dfrac{\text{parte}}{\text{total}} \times 100

\text{IA} = \dfrac{\text{RON} + \text{MON}}{2}

\text{C}@@MATH_0@@\text{H}@@MATH_1@@\text{O}@@MATH_2@@_{4} + 3\,\text{CO}_{2}

% = \dfrac{\text{parte}}{\text{total}} \times 100

\text{IA} = \dfrac{\text{RON} + \text{MON}}{2}

\text{CH}@@MATH_0@@_{2} \rightarrow \text{CO}@@MATH_1@@_{2}\text{O}

Glosario (8)

Metano
Hidrocarburo alcano más simple, fórmula CH₄, gas inodoro e inflamable producido por la descomposición anaerobia de materia orgánica.
Biogás
Mezcla de gases (CH₄ y CO₂ principalmente) generada por fermentación anaerobia de materia orgánica, apta como combustible.
Octanaje
Índice de resistencia de una gasolina a la detonación, medido sobre una escala en la que el isooctano vale 100 y el n-heptano, 0.
Golpeteo (detonación)
Combustión espontánea e irregular de la mezcla aire-combustible en el motor, que produce ruido y desgaste.
Tetraetilo de plomo (TEL)
Aditivo orgánometálico usado antiguamente para elevar el octanaje de la gasolina; libera plomo tóxico.
Biometano
Metano purificado a partir del biogás, equivalente al gas natural e inyectable a la red de distribución.
Etilmercaptano
Compuesto azufrado de olor fétido que se añade al gas natural para facilitar la detección de fugas.
Botadero
Lugar donde se acumulan desechos sólidos sin tratamiento adecuado; genera lixiviados y gases por descomposición.

Preguntas para practicar

¿Por qué huele a gas en los pantanos y los botaderos?

Porque al descomponerse la materia orgánica sin oxígeno, las bacterias anaerobias producen biogás rico en metano junto con hidrógeno sulfuroso y otros compuestos azufrados de olor fétido; el metano puro es inodoro, el olor proviene de esos contaminantes y de los odorizantes del gas natural.

¿Qué significa el octanaje de una gasolina y cómo se mide?

Es la resistencia de la gasolina a la detonación en el motor, expresada como número de octano sobre una escala donde el 2,2,4-trimetilpentano (isooctano) vale 100 y el n-heptano, 0; se determina en motores de ensayo que comparan la gasolina con mezclas de estos hidrocarburos.

¿Por qué es mejor usar gasolina sin plomo?

El plomo del tetraetilo de plomo es un metal pesado tóxico que se acumula en el aire, el suelo y el agua, y en el cuerpo humano causa daño neurológico y renal; además, inactiva los catalizadores que reducen otras emisiones, por lo que su uso fue prohibido.

¿Cómo se podría mejorar la gestión de un botadero para reducir el metano emitido?

Separando y reduciendo la materia orgánica mediante compostaje, sellando y ventilando los residuos para captar el biogás, instalando plantas de captura de metano para generar electricidad o biometano, y cerrando botaderos ilegales con rellenos sanitarios controlados.

Temas y conceptos clave

Metano y biogás en botaderosOlor a gas y odorización del gas naturalCaptura y aprovechamiento del biogásOctanaje de la gasolinaGasolina con plomo (tetraetilo de plomo) vs. gasolina sin plomoTratamiento ambiental de residuos sólidos urbanosMetacognición y trabajo colaborativometano (CH₄)biogásfermentación anaerobiaetilmercaptanohídrico sulfuroso (H₂S)biometanooctanaje / número de octanoisooctano (2,2,4-trimetilpentano)n-heptanogolpeteo o detonacióntetraetilo de plomo (TEL)convertidor catalíticoporcentajegráfico circular

Fuentes y referencias

  • Ministerio de Educación del Ecuador. Texto de Química, BGU, Grado 3 (2024).
  • FAO/IEA. Biogás y aprovechamiento energético de residuos orgánicos.
  • OMS. Plomo y salud: efectos de la exposición.
  • EPA. Gasolina con plomo y sin plomo (leaded vs unleaded gasoline).
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¿Cómo se puede aprovechar el gas de un botadero?
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📌 Antes de leer esto
  • • Estructura y propiedades de los hidrocarburos alifáticos y aromáticos
  • • Nomenclatura básica de hidrocarburos
  • • Concepto de combustión y emisiones atmosféricas
  • • Nociones de contaminación ambiental y efecto invernadero
  • • Cálculo de porcentajes y construcción de gráficos estadísticos
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E) nero )

  1. Leo la siguiente afirmación:

El metano se produce por la descomposición de materia orgánica y se puede formar en los pantanos y en los botaderos. A continuación, realiza las siguientes actividades:

a) Investigo y explico la existencia de “olor a gas” en los pantanos y botaderos.

b) Indago si en mi ciudad o lugar de residencia existen botaderos.

C) Respondo: ¿Por qué se produce gas en los botaderos? ¿Es posible utilizar el gas producido en un botadero para fines industriales en las ciudades?

e) Relaciono mediante un gráfico, la cantidad de basura acumulada en cada botadero de la ciudad y sus porcentajes correspondientes

f) Escribo las conclusiones y expongo en clases..

@ activipap PARA TRABAJO EN GRUPO }

  1. Me reúno en equipos y respondemos las siguientes preguntas. Completamos el cuadro con los datos investigados:

a) ¿Qué significa octanaje? b) ¿Qué ventajas y desventajas tiene la gasolina con plomo y sin plomo para el ambiente y los seres humanos?

Hidrocarburos Ventajas Desventajas

Gasolina con plomo

Gasolina sin plomo

"O / METACOGNICIÓN )

Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una ¿Para qué me ha servido? plenaria para establecer un diálogo

acerca del aprendizaje desarrollado en ¿Cómo lo he aprendido? la sección.

¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

¿Qué he aprendido?

112 | Texto de Química

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