Uma massa de 180g de zinco metálico é adicionada a um erlenmeyer contendo solução aquosa de ácido clorídrico. Ocorre reação com liberação de gás que é totalmente coletado em um Balão A, de volume igual a 2L. Terminada a reação, restam 49g de zinco metálico no erlenmeyer. A seguir, por meio de um tubo provido de torneira, de volumes desprezíveis, o Balão A é conectado um Balão B, de volume igual a 4L, que contém gás nitrogênio sob pressão de 3atm. Considere que a temperatura é igual em ambos os balões e que esta é mantida constante durante todo o experimento. Abrindo-se a torneira do tubo de conexão entre os dois balões, ocorre a mistura dos dois gases. Após estabelecido o equilíbrio, a pressão nos dois balões pode ser expressa em função da constante dos gases (R) e da temperatura absoluta (T) por
A princípio, precisamos pensar na reação do zinco metálico com o ácido clorídrico. Felizmente, o enunciado já nos alerta sobre a produção de um gás, o que deixa mais intuitivo escrever:\begin{matrix}
\ce{Zn_{(s)} + 2HCl_{(aq)} &->& 2ZnCl_{(aq)} + H_2_{(g)}}
\end{matrix}O que nos interessa aqui é a estequiometria da reação, no caso, a razão $1:1$ entre o zinco metálico e o gás. Nesse contexto, vamos encontrar a quantidade em mol produzida de gás hidrogênio a partir da diferença em mol dos estados inicial e final do zinco, vejamos:\begin{matrix}
n_{inicial} = \dfrac{\ce{1 mol Zn}}{\ce{65,5 g Zn}} \cdot \ce{180 g Zn} &,&
n_{final} = \dfrac{\ce{1 mol Zn}}{\ce{65,5 g Zn}} \cdot \ce{49 g Zn}
\end{matrix}Então,\begin{matrix} n_{inicial} - n_{final} = 2 \ \pu{mol Zn} \equiv 2 \ \ce{mol H2}
\end{matrix}Agora, vamos pensar na equação geral dos gases ideias. No caso, percebe-se que a temperatura assim como a quantidade em mol de cada gás é constante, ou seja, temos a relação:\begin{matrix} P_iV_i = P_fV_f
\end{matrix}Visando pressões parciais:\begin{matrix}
\ce{H_2:} & P_i \cdot 2 = P_{\ce{H_2}} \cdot (2+4) &\Rightarrow& P_{\ce{H_2}} = \dfrac{P_i}{3}\\
\ce{N_2:} & 3 \cdot 4 = P_{\ce{N_2}} \cdot (2+4) &\Rightarrow& P_{\ce{N_2}} = 2 \ \pu{atm}
\end{matrix}Veja que $P_i$ é:\begin{matrix}P_i V_i =n RT \\ P_i \cdot 2 = 2 \cdot RT \\ P_i = RT
\end{matrix}Portanto, conhecida a lei de Dalton para pressões parciais, a pressão total do sistema será:\begin{matrix}P_{Sistema} = P_{\ce{H_2}} + P_{\ce{N_2}} \\ \\
\boxed{P_{Sistema} = \dfrac{RT}{3} + 2}
\end{matrix}\begin{matrix}Letra \ (D)
\end{matrix}
Depois de encontrar o número de mols de H2, dava para chegar no mesmo resultado fazendo PV = nRT no balão B para encontrar número de mols do N2 e depois um P(V1+V2) = (n1+n2)RT.