Question

【题目】液相催化还原法去除水体中是一项很有前景的技术。某科研小组研究该方法中使用的固体催化剂Pd-Cu/TiO2的制备和催化条件，结果如下。

Ⅰ．制备Pd-Cu/TiO2的反应过程如下图所示，光照使TiO2发生电荷分离，将金属Pd沉积在TiO2表面。再用类似方法沉积Cu，得到在TiO2纳米颗粒表面紧密接触的Pd-Cu纳米簇。

（1）该过程中，乙醇发生__________（填“氧化”或“还原”）反应。

（2）请在②中补全光照条件下形成Pd-Cu纳米簇的反应过程示意图_______。

Ⅱ．Pd-Cu/TiO2分步催化还原机理如图a所示。其他条件相同，不同pH时，反应1小时后转化率和不同产物在总还原产物中所占的物质的量的百分比如图b所示。

（3）该液相催化还原法中所用的还原剂是__________。

（4）i的离子方程式是__________。

（5）研究表明，OH–在Pd表面与竞争吸附，会降低Pd吸附的能力，但对Pd吸附H的能力影响不大。

①随pH增大，N2和氨态氮在还原产物中的百分比均减小，原因是____________，导致反应ⅱ的化学反应速率降低。

②随pH减小，还原产物中的变化趋势是__________，说明Pd表面吸附的和H的个数比变大，对反应__________（用离子方程式表示）更有利。

（7）使用Pd-Cu/TiO2，通过调节溶液pH，可将尽可能多地转化为N2，具体方法是__________。

Answer 1

【答案】氧化 H2 Cu＋NO3- = NO2-＋CuO 或 H2＋NO3- NO2-＋ H2O Pd表面单位面积吸附的数目减小 增大 2NO2-＋6H = N2＋4H2O＋2OH- 先调节溶液的pH到12，待NO3-几乎完全转化为NO2-后，调节pH到4

【解析】

根据制备Pd-Cu/TiO2的反应过程示意图，Cu2+、Pb2+得电子发生还原反应，则乙醇发生氧化反应。Pd-Cu/TiO2分两步催化硝酸根离子的转化反应，先将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子，再将亚硝酸根离子还原为氮气或氨态氮。

（1）根据制备Pd-Cu/TiO2的反应过程示意图中①，Pb2+得电子发生还原反应，则乙醇发生氧化反应。

（2）根据①的示意图，②中铜离子应得电子生成铜，乙醇与其发生反应，则光照条件下形成Pd-Cu纳米簇的反应过程②示意图为。

（3）根据图a可知，氢气生成氨态氮，氢元素的化合价升高，失去电子，作该液相催化还原法中还原剂。

（4）i中铜与硝酸根离子反应生成亚硝酸根离子和铜离子，或Pd-Cu/TiO2作催化剂，硝酸根离子与氢气发生氧化还原反应生成亚硝酸根离子和水，根据得失电子守恒，得到离子方程式Cu＋NO3- = NO2-＋CuO 或 H2＋NO3- NO2-＋ H2O。

（5）①因为OH–在Pd表面与NO2-竞争吸附，会降低Pd吸附NO2-的能力，随pH增大，OH–浓度增大，导致Pd表面单位面积吸附的 NO2-数目减小，N2和氨态氮在还原产物中的百分比均减小，反应ⅱ的化学反应速率降低。

②根据图b所示，随pH减小，n(N2)增大，n（氨态氮）变化不大，则还原产物中增大，Pd表面吸附的NO2-和H的个数比变大，NO2-更易转化为N2，根据得失电子守恒，得到对应的离子方程式为2NO2-＋6H = N2＋4H2O＋2OH-。

（7）根据图b所示，pH=12时，NO2-所占的物质的量的百分比最高，pH=4时，N2所占的物质的量的百分比最高，所以先调节溶液的pH到12，待NO3-几乎完全转化为NO2-后，调节pH到4使用Pd-Cu/TiO2，通过调节溶液pH，可将NO3-尽可能多地转化为N2。