催化原理教学大纲2014

1、催化原理课程教学大纲英文名称： Catalysis Principle课程代码：一、课程基本情况1学 分： 2学分 2. 学 时：32 （理论学时：32 实验学时：0 上机学时：0）3课程类别：学位专业课4适用专业：应用化学5先修课程：无机化学，有机化学，传递过程、物理化学6后续课程：7开课单位：化学与化学工程学院二、课程介绍1. 催化原理是化学工程与技术研究生学位专业课。以基础化学知识为先导，是学生在具备了高等数学、物理化学、化工原理等理论知识后选修的一门课程。本课程的学习更加注重培养学生分析问题解决问题的能力，为后续的毕业论文教学环节的实施奠定了理论基础。2. 通过本课程的学习，可以使学生

2、了解有关催化剂的制备、应用、性能测试及化学反应过程中催化作用的基本原理、基本方法等。三、课程内容、学时分配及教学基本要求第一章 绪论 （共2学时）（一）教学内容：第一节催化作用和催化剂知识点：催化作用及催化剂的基本概念；实现催化作用的机理。第二节 催化剂和催化科学的发展知识点：催化剂和催化科学的发展的发展历史及发展方向。第三节 催化剂的反应性能知识点：影响催化剂的反应性能的因素和提高催化剂反映性能的方法。第四节 催化剂和催化反应的分类知识点：催化剂和催化反应的分类方法、各自特点及应用范围。本章教学重点：催化作用及其机理。本章教学难点：催化剂的反应性能。（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论

3、：了解催化剂与催化作用的有关概念以及催化剂和催化科学的发展过程。了解评价催化剂好坏的标准2、能力、技能培养：理解催化作用的基本特征以及评价催化剂活性、选择性、稳定性的专业术语及其在实际中的应用。掌握催化剂和催化反应的分类。明确催化学科的特点及发展方向。（三）实践与练习作业：催化作用的实质是什么？举例说明（四）考核要求覆盖本章全部内容。第二章吸附和多相催化反应过程（共6学时）（一）教学内容：第一节催化剂的吸附作用知识点：有关吸附的基本概念，包括吸附质，吸附剂等。第二节物理吸附与化学吸附知识点：物理吸附和化学吸附的本质区别。第三节吸附势能曲线知识点：吸附势能曲线表达方式及物理意义。第四节化学吸附态

4、知识点：不同物质以及同一种物质的几种不同的化学吸附态的形式。第五节吸附粒子在催化剂表面的运动知识点：吸附粒子在催化剂表面的运动形式和特点。第六节吸附热和吸附平衡知识点：吸附热的不同表达形式以及吸附热形式与吸附键强度之间的关系。第七节多相催化反应动力学知识点：吸附等温方程的作用形式及其相互间的差别，理想吸附的等温线形式。本章教学重点：各种物质的化学吸附态；理想吸附的等温线形式；多相反应过程分析本章教学难点：化学吸附态对化学反应的影响；吸附等温方程的作用及其相互间的差别；（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论：通过本章的学习，要求学生初步认识和了解实现催化的前提-吸附；了解有关吸附的专业术语；

5、了解物理吸附与化学吸附的区别吸附势能曲线的变化；了解表面积、孔结构与催化反应性能之间的关系；2、能力、技能培养：表面积和孔结构的分类及测定原理。理解吸附等温方程的作用及其相互间的差别掌握多相催化反应过程分析。（三）实践与练习作业：1.简述催化剂的吸附作用2.简述吸附等温方程的作用及其相互间的差别3.什么叫吸附势能曲线？4. 吸附态的含义是什么？5.写出H2、N2、CO、HF化学吸附态6.什么叫吸附热？7. 推导多分子吸附及解离吸附的Langmuir方程8. Langmuir吸附的四点假设是什么？（四）考核要求覆盖本章全部内容。第三章 酸性催化剂及其催化作用（共4学时） （一）教学内容：第一节

6、固体酸碱催化剂应用知识点：固体酸碱催化剂在化学工业中的应用举例第二节 固体酸碱催化剂定义及分类知识点：酸、碱的定义及其分类；常见固体酸的结构和酸性中心的形成。第三节 固体表面酸碱性质及其测定知识点：酸函数定义，固体酸性质测定方法，酸量、酸强度的测定方法；固体碱性质测定方法，碱量、碱强度的测定方法；第四节 酸碱中心的形成过程知识点：酸碱中心形成原理，分子筛催化剂的结构、酸性第五节 固体酸碱催化反应机理知识点：掌握固体酸碱催化的反应特点及催化机理。本章教学重点：常见固体酸的结构和酸性中心的形成；软硬酸碱原理；酸量与酸强与催化作用的相互关系；酸量及酸强的概念及测定方法；分子筛的结构与性能；催化裂化催

7、化机理。本章教学难点：酸量及酸强的概念及测定方法；常见固体酸的结构和酸性中心的形成；催化裂化催化机理。（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论：通过本章的学习，要求学生初步认识和了解酸碱的定义及其分类；了解固体表面酸碱性质及其测定原理；了解固体酸碱催化剂的分类及其结构；理解固体表面酸碱中心的形成机理。2、能力、技能培养：掌握固体表面酸碱性能及其测定方法；掌握固体酸碱催化剂催化反应机理。（三）实践与练习作业：1. 酸催化反应特点是什么？请举例说明2. 简述酸量及酸强的概念及测定方法？3.简述酸量与酸强与催化作用的相互关系？4. 什么是酸量酸强？5. 简述分子筛的结构与性能之间的关系？分子筛催化

8、剂的应用举例（四）考核要求覆盖本章全部内容。第四章 金属催化剂及其催化过程（共6学时） （一）教学内容：第一节 概述知识点：金属催化剂的用途及特性。第二节 金属键理论知识点：金属键及金属能带理论的基本要点。第三节 过渡金属的结构与催化作用-金属的化学吸附知识点：金属的电子组态与气体吸附能力的关系；金属催化剂催化活性的经验规则。第四节 金属晶格缺陷与催化性能知识点：金属晶格缺陷的形成，金属的晶格缺陷与催化作用之间的关系。第五节 金属催化反应知识点：金属催化剂的催化加氢反应以及催化重整反应。第六节 担载型金属催化剂的催化活性知识点：担载金属的相互作用对催化活性的影响；烧结作用对催化剂活性的影响。第

9、七节 金属催化剂在石油化工中的应用知识点：金属催化剂在石油化工生产中的应用。本章教学重点：金属键及金属能带理论；金属的化学键与催化活性之间的相互关系；金属的晶格缺陷与催化作用之间的关系；金属催化剂的催化加氢反应以及催化重整反应。本章教学难点：金属的晶格缺陷与催化作用之间的关系。（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论：通过本章的学习，要求学生初步认识金属化学吸附的有关特性；了解金属晶格缺陷的种类；了解表示金属几何构造的晶格、晶格参数的基本含义；掌握描述金属化学键的三种理论：能带模型；价键模型；配位场模型；掌握晶格结构与表面结构与催化活性关系。2、能力、技能培养：了解负载催化剂催化剂的类型。理

10、解合金催化剂的特征；懂得表面富集现象化学吸附与催化活性之间的关系以及气体在金属表面发生化学吸附的强弱顺序。了解金属催化剂在工业上的应用。（三）实践与练习作业：1.简述催化裂化催化机理？2. 简述金属能带理论要点是什么？3. 简述金属键的要点是什么？4. 简述晶格缺陷与催化活性的关系？5. 简述负载催化剂的结构特性及性能？（四）考核要求覆盖本章全部内容。第五章 半导体催化剂及其催化作用（共4学时） （一）教学内容：第一节 半导体能带结构知识点：掌握半导体催化剂的特点性能；半导体能带结构理论；费米能级与逸出功。第二节 金属氧化物的结构及表面吸附知识点：金属氧化物结构与气体吸附；金属氧化物上气体的吸

11、附态；不同吸附态的氧与催化反应。第三节 金属-氧键、酸碱性与催化活性选择性知识点：金属-氧键的类型、键能；金属氧化物的酸碱性；金属-氧键、酸碱性与催化活性选择性。第四节 半导体特性对催化活性的影响知识点：半导体特性与催化活性的关系;尖晶石催化剂的特性及催化性能。 本章教学重点：半导体催化剂的特点性能；半导体能带结构理论；施主杂质和受主杂质的加入对费米能级、逸出功和电导率的影响；金属氧化物上气体的吸附态；不同吸附态的氧与催化反应；半导体特性与催化活性的关系。本章教学难点：半导体能带结构理论；费米能级与逸出功；金属氧化物上气体的吸附态；不同吸附态的氧与催化反应。（二）教学基本要求：1、基本知识、基

12、本理论：通过本章的学习，要求学生初步认识金属化学吸附的有关特性；了解本征半导体、n型半导体、p型半导体的定义；了解半导体化学吸附键的类型。掌握描述金属化学键的三种理论；掌握施主杂质和受主杂质的加入对费米能级、逸出功和电导率的影响。2、能力、技能培养：掌握费米能级对选择性的影响；金属-氧键、酸碱性与催化活性选择性的相互关系。（三）实践与练习作业：1. 什么叫半导体催化剂？2.费米能级的含义是什么？3.什么叫逸出功？4.什么叫N-型半导体催化剂，有什么样的结构特点？5.什么叫P-型半导体催化剂，有什么样的结构特点？6.什么叫金属氧键？7.催化氧化反应的特点是什么？8.简述半导体特性与催化活性的关系

13、？（四）考核要求覆盖本章全部内容。第六章 配位作用与催化（共4学时） （一）教学内容：第一节 概述知识点：要求学生初步认识配位催化的有关特性；配合物的组成及结构；18电子规则；配合物的键合；配合物催化剂的结构特点及催化作用。第二节 配位催化基元反应知识点：配位催化的基元反应；氧化加成反应；(还原)消除反应；插入反应或迁移反应。第三节 配位催化反应示例知识点：配位催化剂特点及催化反应机理第四节 配位催化理论知识点：晶体场理论；配位场理论；价键理论；分子轨道理论。本章教学重点：配位催化的基元反应类型；配位催化理论，包括价键理论、分子轨道理论、配位场晶体场理论的基本模型。本章教学难点：配位催化理论；

14、配位催化反应特性。（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论：通过本章的学习，要求学生初步认识配合物催化剂的有关特性；了解配合物的组成及结构；18电子规则；配合物的键合。掌握基元反应中配位与理解、氧化加成和还原消除、插入和消除反应、重排反应的特性。了解配位催化理论，包括价键理论、分子轨道理论、配位场晶体场理论的基本模型。2、能力、技能培养：了解乙烯氧化制乙醛、羰基合成和烯烃聚合反应示例。理解有效原子序数规则。掌握配位催化的基元反应；掌握配合物催化剂的典型应用实例。（三）实践与练习作业：1. 简述配位催化的特点？2.配合物的组成及结构有什么特殊性？3.配合物催化剂催化作用？4.简述配位催化的基元

15、反应有哪些？5. 简述配位催化理论的基本点6.简述价键理论的核心内容7.简述配位场、晶体场理论的基本模型8. 配合物催化剂的典型应用实例（四）考核要求覆盖本章全部内容。第七章 工业催化剂的设计、制备与表征（共4学时）（一）教学内容：第一节 概述知识点：催化剂设计的基本方法，催化剂制备技术及催化剂基本的表征技术。第二节 催化剂设计知识点：催化剂设计方法的基本方法和步骤。第三节 催化剂制备方法知识点：介绍催化剂制备的基本方法和步骤以及每种制备方法的特点。第四节 催化剂表征知识点：X射线多晶衍射分析的基本原理和方法；表面酸量与酸强度的分析方法及原理。第五节 催化性能评价知识点：催化性能评价的基本方法

16、和步骤；不同的催化剂类型其评价体系的建立和方法的可行性分析。本章教学重点：催化剂设计的基本方法，催化剂制备的基本方法及催化剂表征的基本方法。本章教学难点：催化剂设计的基本方法，催化剂表征的基本原理。（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论：通过本章的学习，使学生了解常用的各类催化剂的制备方法的特点、原理、步骤及注意事项。2、能力、技能培养：了解催化剂的一般表征方法，理解催化剂活性的评价方法及基本概念；掌握催化剂的设计的基本方法和设计步骤。（三）实践与练习作业：1.催化剂设计的基本原则是什么？2.催化剂表征的方法有哪些？特点是什么？3.催化剂为什么会失活？催化剂再生方法有哪些？（四）考核要求覆

17、盖本章全部内容。第八章催化剂的失活、再生与安全使用（共2学时）（一）教学内容：第一节 催化剂活性知识点：催化剂活性的定义、表示方法及基本概念。第二节 催化剂的寿命知识点：催化剂的寿命，寿命曲线及影像催化剂使用寿命的原因。第三节 催化剂的失活知识点：催化剂失活原因以及催化剂中毒、烧结、积炭的形成过程。第四节 催化剂的再生知识点：催化剂再生方法和步骤。第五节 催化剂的安全使用知识点：催化剂在运输、贮藏与填装中应注意的问题；催化剂的使用条件等本章教学重点：催化剂的失活原因和引起失活的因素。本章教学难点：催化剂的失活原因和引起失活的因素。（二）教学基本要求：1、基本知识、基本理论：通过本章的学习，要求

18、学生了解催化剂寿命的定义；寿命的三个阶段了解哪些属于不可再生的失活；了解催化剂中毒的概念；催化剂的毒物种类；不可逆中毒的标志；理解积碳的定义。2、能力、技能培养：积碳的原因及其采取的措施；烧结的定义及其预防的方法；掌握催化剂的再生方法。熟练掌握催化剂的安全使用常识。（三）实践与练习作业：1.什么叫催化剂中毒？2.催化剂再生方法有哪些？（四）考核要求覆盖本章全部内容。四、课内实验（上机）环节及要求无五、学时分配知识单元讲课实验上机合计第一章 绪论2002第一节催化作用和催化剂第二节催化剂和催化科学的发展第三节催化剂的反应性能第四节催化剂和催化反应的分类第二章吸附和多相催化反应过程6006第一节催化剂的吸附作用2002第二节物理吸附与化学吸附第三节吸附势能曲线第四节化学吸附态2002第五节吸附粒子在催化剂表面的运动第六节吸附热吸附平衡第七节多相反应动力学2002第三章 酸性催化剂及其催化作用4004第一节 固体酸碱催化剂应用2002第二节 固体酸碱催化剂定义及分类第三节 固体表面酸碱性质及其测定第四节 酸碱中心的形成过程2002第五节 固体酸碱催化反应机理第四章 金属催化剂及其催化过程6006第一节概述2002第二节金属键理论第三节过渡金属的结