高中化學電解硫酸鈉溶液的探討

◇ 湖北 張 平 胡天嬌

高中階段電解原理部分通常從電極反應、電解質溶液、電子轉移、離子遷移、溶液pH 變化、電解后溶液的復原及電解計算等角度進行考查，電解硫酸鈉是高中化學的高頻考點，常考考點如下.

1 電極材料的影響

1)陰極和陽極都用惰性電極.例如使用石墨電極，則電解硫酸鈉的本質是電解水.

陰極反應：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－.

陽極反應：2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑.

2)陽極用活性電極.例如使用Cu電極，則電極反應為

陰極反應：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－.

陽極反應：Cu－2e－＝Cu2＋.

電解過程中陽極生成的Cu2＋向陰極遷移，陰極生成的OH－向陽極遷移，二者相遇，發生反應：

2 電解后溶液濃度的變化

1)所用硫酸鈉溶液是不飽和的，兩個電極都用惰性電極，則隨著電解的進行，不斷消耗水，所以溶液濃度增大.

2)所用硫酸鈉溶液是不飽和的，陽極用活性電極，例如用Cu作電極，則隨著電解的進行，不斷消耗水，所以溶液濃度增大.

3)所用硫酸鈉溶液是飽和的，兩個電極都用惰性電極，則隨著電解的進行，不斷消耗水，但是溫度不變，則溶液濃度不變.

4)所用硫酸鈉溶液是飽和的，陽極用活性電極，例如Cu，則隨著電解的進行，不斷消耗水，但是溫度不變，則溶液濃度不變.

3 電解過程中溶液pH 的變化

1)若兩極都用惰性電極，則隨著電解的進行，陰極附近溶液的pH 升高，陽極附近溶液的pH 降低，整個溶液的pH 不變.

2)若陽極用活性電極，例如使用Cu電極，則隨著電解的進行，陰極附近溶液的pH 升高，陽極附近溶液的pH 幾乎不變，整個溶液的pH 幾乎不變.

4 電解過程中電子的移動方向及離子的遷移方向

1)電子移動方向：從電源負極出發，流向陰極，從陽極回到電源正極.

2)離子遷移方向：陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移.

遵循“電子不下水、離子不上岸”原則.

5 電解過程的計算

解答此類問題的關鍵是搞清楚電極反應，結合氧化還原反應相關知識進行計算.

1)根據電子守恒法計算.陰陽兩極產物、正負兩極產物等類型的計算，依據是轉移的電子數相等.

2)根據總反應式計算.先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列比例式計算.

3)根據關系式計算.根據得失電子守恒建立已知量與待測量之間的橋梁，列出計算所需的關系式.

4)膜兩側溶液質量變化的計算.注意氣體的排出或吸收、沉淀的析出或溶解以及離子的轉移.

6 利用離子交換膜獲取化工產品

研究發現，利用氯堿工業中的離子交換膜原理電解硫酸鈉可以提高經濟效益.在高中化學的習題中，也出現了利用離子交換膜電解硫酸鈉.

圖1

B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH 和H2SO4產品

C.負極反應為2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋，負極區溶液pH 降低

D.當電路中通過1 mol電子的電量時，會有0.5mol的O2生成

由電解原理可知，陰極反應：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，陽極反應：2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑，通過陰離子交換膜移向正極區與H＋結合生成H2SO4，故正極區pH 減小，選項A 錯誤；Na＋通過陽離子交換膜移向負極區，與OH－結合生成NaOH，選項B 正確；負極水得電子，選項C 錯誤；根據關系式1O2～4e－，當電路中通過1mol電子的電量時，會有0.25molO2生成，選項D 錯誤.答案為B.

A.電解Na2SO4溶液時，電子從電源負極出發經過電解質溶液流向電源正極

B.在25℃時，將兩個銅電極插入一定量的硫酸鈉飽和溶液中，進行電解，通電一段時間后，陰極逸出a mol氣體，同時有W gNa2SO4·10H2O 晶體析出，若溫度不變，剩余溶液的質量分數是

C.在電解水時，為了增強導電性，加入的電解質可以選用Na2SO4

D.用惰性電極電解Na2SO4溶液，當陰極產生1mol氣體時，可加18g水使溶液恢復

根據“電子不下水，離子不上岸”的原則判斷，選項A 說法錯誤.電解發生的電極反應為Cu－2e－＝Cu2＋(陽極)，2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－(陰極).電解的總化學方程式為Cu＋2H2O＝Cu(OH)2↓＋H2↑.陰極逸出a molH2，水被電解了2a mol，即析出的W g Na2SO4·10H2O 溶解在2a mol水中恰好是25℃的飽和溶液，該溶液中溶質的質量分數與剩余溶液中溶質的質量分數相等.晶體中硫酸鈉質量為142W/322＝71W/161，陰極逸出的a mol氣體為氫氣，故電解了的水質量為18ag.顯然，25℃時，將W gNa2SO4·10H2O 溶入18ag水中，則恰好為飽和溶液，其溶質質量分數為(晶體中硫酸鈉質量)/(晶體質量＋電解反應了的水的質量)，選項B說法正確.加入Na2SO4，增大溶液濃度，導電性增強，且不影響H2和O2的生成，選項C 說法正確.用惰性電極電解Na2SO4溶液，由于溶液中陰離子的放電順序為OH－＞，放電的為OH－，陽離子放電順序為H＋＞Na＋，放電的為H＋，故實質為電解水，當陰極產生1molH2時，有2mol電子轉移，可加入18g水恢復，選項D 說法正確.答案為A.

A.電極a連接電源的正極

B.B為陽離子交換膜

C.電解質溶液采用Na2SO4溶液可避免有害氣體的產生

D.Ⅱ排出的是淡水

圖2

根據題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，所以電極a為陽極，連接電源的正極，選項A 說法正確.水在雙極膜A 解離后，氫離子吸引陰離子透過B膜到左側形成酸，B為陰離子交換膜，選項B 說法錯誤.電解質溶液采用Na2SO4溶液，電解時生成H2和O2，可避免有害氣體的產生，選項C 說法正確.海水中的陰、陽離子透過兩側交換膜向兩側移動，淡水從Ⅱ口排出，選項D 說法正確.答案為B.

本文歸納總結了高中化學習題中有關電解硫酸鈉的常考考點，對比分析，幫助學生更好地解決問題，加深對電解原理的理解.