高中化学电解硫酸钠溶液的探讨

◇ 湖北 张 平 胡天娇

高中阶段电解原理部分通常从电极反应、电解质溶液、电子转移、离子迁移、溶液pH 变化、电解后溶液的复原及电解计算等角度进行考查，电解硫酸钠是高中化学的高频考点，常考考点如下.

1 电极材料的影响

1)阴极和阳极都用惰性电极.例如使用石墨电极，则电解硫酸钠的本质是电解水.

阴极反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－.

阳极反应：2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑.

2)阳极用活性电极.例如使用Cu电极，则电极反应为

阴极反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－.

阳极反应：Cu－2e－＝Cu2＋.

电解过程中阳极生成的Cu2＋向阴极迁移，阴极生成的OH－向阳极迁移，二者相遇，发生反应：

2 电解后溶液浓度的变化

1)所用硫酸钠溶液是不饱和的，两个电极都用惰性电极，则随着电解的进行，不断消耗水，所以溶液浓度增大.

2)所用硫酸钠溶液是不饱和的，阳极用活性电极，例如用Cu作电极，则随着电解的进行，不断消耗水，所以溶液浓度增大.

3)所用硫酸钠溶液是饱和的，两个电极都用惰性电极，则随着电解的进行，不断消耗水，但是温度不变，则溶液浓度不变.

4)所用硫酸钠溶液是饱和的，阳极用活性电极，例如Cu，则随着电解的进行，不断消耗水，但是温度不变，则溶液浓度不变.

3 电解过程中溶液pH 的变化

1)若两极都用惰性电极，则随着电解的进行，阴极附近溶液的pH 升高，阳极附近溶液的pH 降低，整个溶液的pH 不变.

2)若阳极用活性电极，例如使用Cu电极，则随着电解的进行，阴极附近溶液的pH 升高，阳极附近溶液的pH 几乎不变，整个溶液的pH 几乎不变.

4 电解过程中电子的移动方向及离子的迁移方向

1)电子移动方向：从电源负极出发，流向阴极，从阳极回到电源正极.

2)离子迁移方向：阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移.

遵循“电子不下水、离子不上岸”原则.

5 电解过程的计算

解答此类问题的关键是搞清楚电极反应，结合氧化还原反应相关知识进行计算.

1)根据电子守恒法计算.阴阳两极产物、正负两极产物等类型的计算，依据是转移的电子数相等.

2)根据总反应式计算.先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算.

3)根据关系式计算.根据得失电子守恒建立已知量与待测量之间的桥梁，列出计算所需的关系式.

4)膜两侧溶液质量变化的计算.注意气体的排出或吸收、沉淀的析出或溶解以及离子的转移.

6 利用离子交换膜获取化工产品

研究发现，利用氯碱工业中的离子交换膜原理电解硫酸钠可以提高经济效益.在高中化学的习题中，也出现了利用离子交换膜电解硫酸钠.

图1

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH 和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋，负极区溶液pH 降低

D.当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成

由电解原理可知，阴极反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，阳极反应：2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑，通过阴离子交换膜移向正极区与H＋结合生成H2SO4，故正极区pH 减小，选项A 错误；Na＋通过阳离子交换膜移向负极区，与OH－结合生成NaOH，选项B 正确；负极水得电子，选项C 错误；根据关系式1O2～4e－，当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25molO2生成，选项D 错误.答案为B.

A.电解Na2SO4溶液时，电子从电源负极出发经过电解质溶液流向电源正极

B.在25℃时，将两个铜电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中，进行电解，通电一段时间后，阴极逸出a mol气体，同时有W gNa2SO4·10H2O 晶体析出，若温度不变，剩余溶液的质量分数是

C.在电解水时，为了增强导电性，加入的电解质可以选用Na2SO4

D.用惰性电极电解Na2SO4溶液，当阴极产生1mol气体时，可加18g水使溶液恢复

根据“电子不下水，离子不上岸”的原则判断，选项A 说法错误.电解发生的电极反应为Cu－2e－＝Cu2＋(阳极)，2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－(阴极).电解的总化学方程式为Cu＋2H2O＝Cu(OH)2↓＋H2↑.阴极逸出a molH2，水被电解了2a mol，即析出的W g Na2SO4·10H2O 溶解在2a mol水中恰好是25℃的饱和溶液，该溶液中溶质的质量分数与剩余溶液中溶质的质量分数相等.晶体中硫酸钠质量为142W/322＝71W/161，阴极逸出的a mol气体为氢气，故电解了的水质量为18ag.显然，25℃时，将W gNa2SO4·10H2O 溶入18ag水中，则恰好为饱和溶液，其溶质质量分数为(晶体中硫酸钠质量)/(晶体质量＋电解反应了的水的质量)，选项B说法正确.加入Na2SO4，增大溶液浓度，导电性增强，且不影响H2和O2的生成，选项C 说法正确.用惰性电极电解Na2SO4溶液，由于溶液中阴离子的放电顺序为OH－＞，放电的为OH－，阳离子放电顺序为H＋＞Na＋，放电的为H＋，故实质为电解水，当阴极产生1molH2时，有2mol电子转移，可加入18g水恢复，选项D 说法正确.答案为A.

A.电极a连接电源的正极

B.B为阳离子交换膜

C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生

D.Ⅱ排出的是淡水

图2

根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，选项A 说法正确.水在双极膜A 解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，选项B 说法错误.电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成H2和O2，可避免有害气体的产生，选项C 说法正确.海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，选项D 说法正确.答案为B.

本文归纳总结了高中化学习题中有关电解硫酸钠的常考考点，对比分析，帮助学生更好地解决问题，加深对电解原理的理解.