Estequiometría del carburo de silicio: reactivo limitante, rendimiento y fórmulas

Resumen

El documento resuelve ejercicios de estequiometría con la obtención del carburo de silicio a partir de óxido de silicio y carbono, identificando el reactivo limitante, la masa y el volumen del producto y el porcentaje de rendimiento. También incluye la estructura de Lewis del ClCN y la determinación de las fórmulas empírica y molecular de la nicotina a partir de su composición centesimal.

Puntos clave

La reacción SiO2(s) + 3 C(s) → SiC(s) + 2 CO(g) requiere 3 mol de carbono por cada mol de óxido de silicio.
Con 0,42 mol de SiO2 y 0,88 mol de C, el carbono es el reactivo limitante.
La masa de SiC obtenida en el ejemplo es de 11,6 g, calculada a partir de 0,29 mol de producto.
El rendimiento se calcula comparando los moles reales de CO con los teóricos (0,35 frente a 0,59 mol, es decir, 59,3 %).
El ClCN tiene 16 electrones de valencia y se representa con la estructura Cl—C≡N.
La fórmula empírica de la nicotina es C5H7N y su fórmula molecular, C10H14N2.

Ponte a prueba

Producción y Estequiometría del Carburo de Silicio

El carburo de silicio (SiC) se comercializa como abrasivo y se obtiene calentando óxido de silicio (SiO₂) y carbono (grafito) a alta temperatura:

SiO_2(s) + 3 C_(s) → SiC_(s) + 2 CO_(g)

Problema: Si reaccionan 25 g de óxido de silicio con 10,5 g de carbono, determine:

El reactivo limitante.
Los gramos de producto obtenidos.
El volumen que ocuparía el carburo de silicio producido (densidad = 3,21 g/mL).
El porcentaje de rendimiento si experimentalmente se obtuvieron 0,35 moles de monóxido de carbono.
La masa del reactivo en exceso.

Resolución del Problema

Cálculo de moles iniciales:
- SiO₂: 25 g / 60 g/mol = 0,42 mol
- C: 10,5 g / 12 g/mol = 0,88 mol
Determinación del reactivo limitante:
- 1 mol de SiO₂ requiere 3 mol de C.
- 0,42 mol de SiO₂ requerirían 1,26 mol de C.
- Como solo tenemos 0,88 mol de C, el carbono es el reactivo limitante.
Cálculos de rendimiento y masa:
- Producción de SiC: 0,88 mol C × (1 mol SiC / 3 mol C) = 0,29 mol SiC.
- Masa de SiC: 0,29 mol × 40 g/mol = 11,6 g.
- Volumen de SiC: V = m / d = 11,6 g / 3,21 g/mL = 3,61 mL.
- Rendimiento: 0,35 mol CO (real) vs 0,59 mol CO (teórico). % Rendimiento = 59,3%.

Estructura Molecular: ClCN

Para la molécula de cloruro de cianógeno (ClCN):

Electrones de valencia: Cl(7) + C(4) + N(5) = 16 electrones totales.
Estructura de Lewis: Cl—C≡N:
Carga formal: Cálculo basado en la distribución electrónica de cada átomo.

Determinación de Fórmulas: Nicotina

La nicotina contiene 74,1% de C, 8,6% de H y el resto es nitrógeno (17,3%).

Fórmula empírica:
- C: 74,1 / 12 = 6,17 / 1,2 = 5
- H: 8,6 / 1 = 8,6 / 1,2 = 7
- N: 17,3 / 14 = 1,2 / 1,2 = 1
- Resultado: C₅H₇N
Fórmula molecular:
- Masa molar calculada a partir de los datos experimentales: 162,36 g/mol.
- Factor de multiplicación: 162,36 / 81 ≈ 2.
- Resultado: C₁₀H₁₄N₂

Preguntas frecuentes

¿Cómo se identifica el reactivo limitante?

Se calculan los moles iniciales de cada reactivo y se compara la cantidad de cada uno con la proporción molar de la ecuación. El reactivo que se consume primero, en este caso el carbono, es el limitante.

¿Cómo se calcula el porcentaje de rendimiento?

Se divide el rendimiento real entre el rendimiento teórico y se multiplica por 100. En el ejemplo, 0,35 mol reales entre 0,59 mol teóricos dan un 59,3 %.