Question

【題目】液相催化還原法去除水體中是一項很有前景的技術。某科研小組研究該方法中使用的固體催化劑Pd-Cu/TiO2的制備和催化條件，結果如下。

Ⅰ．制備Pd-Cu/TiO2的反應過程如下圖所示，光照使TiO2發生電荷分離，將金屬Pd沉積在TiO2表面。再用類似方法沉積Cu，得到在TiO2納米顆粒表面緊密接觸的Pd-Cu納米簇。

（1）該過程中，乙醇發生__________（填“氧化”或“還原”）反應。

（2）請在②中補全光照條件下形成Pd-Cu納米簇的反應過程示意圖_______。

Ⅱ．Pd-Cu/TiO2分步催化還原機理如圖a所示。其他條件相同，不同pH時，反應1小時后轉化率和不同產物在總還原產物中所占的物質的量的百分比如圖b所示。

（3）該液相催化還原法中所用的還原劑是__________。

（4）i的離子方程式是__________。

（5）研究表明，OH–在Pd表面與競爭吸附，會降低Pd吸附的能力，但對Pd吸附H的能力影響不大。

①隨pH增大，N2和氨態氮在還原產物中的百分比均減小，原因是____________，導致反應ⅱ的化學反應速率降低。

②隨pH減小，還原產物中的變化趨勢是__________，說明Pd表面吸附的和H的個數比變大，對反應__________（用離子方程式表示）更有利。

（7）使用Pd-Cu/TiO2，通過調節溶液pH，可將盡可能多地轉化為N2，具體方法是__________。

Answer 1

【答案】氧化 H2 Cu＋NO3- = NO2-＋CuO 或 H2＋NO3- NO2-＋ H2O Pd表面單位面積吸附的數目減小 增大 2NO2-＋6H = N2＋4H2O＋2OH- 先調節溶液的pH到12，待NO3-幾乎完全轉化為NO2-后，調節pH到4

【解析】

根據制備Pd-Cu/TiO2的反應過程示意圖，Cu2+、Pb2+得電子發生還原反應，則乙醇發生氧化反應。Pd-Cu/TiO2分兩步催化硝酸根離子的轉化反應，先將硝酸根離子還原為亞硝酸根離子，再將亞硝酸根離子還原為氮氣或氨態氮。

（1）根據制備Pd-Cu/TiO2的反應過程示意圖中①，Pb2+得電子發生還原反應，則乙醇發生氧化反應。

（2）根據①的示意圖，②中銅離子應得電子生成銅，乙醇與其發生反應，則光照條件下形成Pd-Cu納米簇的反應過程②示意圖為。

（3）根據圖a可知，氫氣生成氨態氮，氫元素的化合價升高，失去電子，作該液相催化還原法中還原劑。

（4）i中銅與硝酸根離子反應生成亞硝酸根離子和銅離子，或Pd-Cu/TiO2作催化劑，硝酸根離子與氫氣發生氧化還原反應生成亞硝酸根離子和水，根據得失電子守恒，得到離子方程式Cu＋NO3- = NO2-＋CuO 或 H2＋NO3- NO2-＋ H2O。

（5）①因為OH–在Pd表面與NO2-競爭吸附，會降低Pd吸附NO2-的能力，隨pH增大，OH–濃度增大，導致Pd表面單位面積吸附的 NO2-數目減小，N2和氨態氮在還原產物中的百分比均減小，反應ⅱ的化學反應速率降低。

②根據圖b所示，隨pH減小，n(N2)增大，n（氨態氮）變化不大，則還原產物中增大，Pd表面吸附的NO2-和H的個數比變大，NO2-更易轉化為N2，根據得失電子守恒，得到對應的離子方程式為2NO2-＋6H = N2＋4H2O＋2OH-。

（7）根據圖b所示，pH=12時，NO2-所占的物質的量的百分比最高，pH=4時，N2所占的物質的量的百分比最高，所以先調節溶液的pH到12，待NO3-幾乎完全轉化為NO2-后，調節pH到4使用Pd-Cu/TiO2，通過調節溶液pH，可將NO3-盡可能多地轉化為N2。