利用MnO2、KMnO4、K2Cr2O7、KClO3氧化盐酸来制取氯气

想要利用MnO2氧化浓盐酸产生Cl2,则需要发生以下反应:

$MnO_2+2Cl^-+4H^+ \rightarrow Mn^{2+}+2H_2O+Cl_2$

此时应满足:

$E=E^\Theta(MnO_2/Mn^{2+})-E^\Theta(Cl_2/Cl^-)+\frac{0.0592}{2}lg \frac{[Cl^-]^2[H^+]^4}{[Mn^{2+}]^2}>0\ V$

$E^∅(MnO_2/Mn^{2+})=1.224\ V,E^∅(Cl_2/Cl^-)=1.3583\ V $

令$c(HCl)=x\ mol\cdot L^{-1},c(Mn^{2+})=1\ mol \cdot L^{-1}$

则:$c(H^+)=x\ mol\cdot L^{-1},c(Cl^{-})=x\ mol \cdot L^{-1}$

有:$E=1.224\ V-1.3583\ V +\frac{0.0592}{2}lg x^2\cdot x^4>0\ V$
$\frac{0.0592}{2}lgx^6=0.1343 \\$
$x=5.70(4)$

同样对于$K_2Cr_2O_7$有:

$\begin{equation}\left\{\begin{array}{lr}
Cr_2O_7^{2-}+14H^+6e \rightarrow 2Cr^{3+}+7H_2O \\
3Cl_2+6e \rightarrow 6Cl^- \\
\end{array}
\right.
\end{equation}\\$

此时有:$E(Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+})=E^\Theta(Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+})+\frac{0.0592}{6}lg \frac{[Cr_2O_7^{2-}][H^+]^{14}}{[Cr^{3+}]^2}$

$E(Cl_2/Cl^-)=E^\Theta(Cl_2/Cl^-)+\frac{0.0592}{6}lg \frac{1}{[Cl^-]^6}$

想要利用$K_2Cr_2O_7$氧化浓盐酸产生$Cl_2$,此时应满足:

$E=E(Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+})-E(Cl_2/Cl^-)>0 \ V \\$

即有:$E^\Theta(Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+})+\frac{0.0592}{6}lg \frac{[Cr_2O_7^{2-}][H^+]^{14}}{[Cr^{3+}]^2}-(E^\Theta(Cl_2/Cl^-)+\frac{0.0592}{6}lg \frac{1}{[Cl^-]^6}) > 0 \ V$

令$c(K_2Cr_2O_7)=1 \ mol \cdot L^{-1},c(HCl)=c(H^+)=c(Cl^-)=x \ mol \cdot L^{-1}$

则:$1.232+\frac{0.0592}{6}lgx^{14}-(1.3583+\frac{0.0592}{6}lg \frac{1}{x^6})>0\ V$

x=4.4

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