《工業(yè)催化基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《工業(yè)催化基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱英文名稱：BasisofCatalysisinIndustry課程類型：專業(yè)課 課程要求：必修 學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝一、課程性質(zhì)與任務(wù)該課程的主要目的與要求是使學(xué)生掌握催化作用的基本規(guī)律、了解催化過程的化學(xué)本質(zhì)、熟悉工業(yè)催化技術(shù)的基本要求和特性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)與催化劑相關(guān)問題的分析能力和解決能力。為培養(yǎng)上述專業(yè)的工程技術(shù)人才提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。二、課程與其他課程的聯(lián)系本課程是一門多學(xué)科綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課，要求學(xué)生先修普通化學(xué)、分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)課。由于催化劑在化學(xué)工業(yè)上應(yīng)用廣泛，有90%以上的化學(xué)反應(yīng)過程都使用催化劑，在學(xué)習(xí)期間或之后可以安排化工工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程課程時(shí)，對(duì)更好學(xué)習(xí)和理解這些課程的內(nèi)容有很大的好處。三、課程教學(xué)目標(biāo)1．學(xué)習(xí)催化劑和催化作用基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論知識(shí)；掌握常催化作用特征；選用合適催化劑的能力；2．了催化劑活化、催化劑的失活及其再生過程，具對(duì)工業(yè)催化劑評(píng)價(jià)和使用的能力；3．掌握基本的催化劑設(shè)計(jì)和研制創(chuàng)新方法，培養(yǎng)學(xué)生追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)；4．熟悉各類催化劑的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，了解各類催化劑的催化理論及其應(yīng)用以及影響催化作用的因素；5．培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)催化劑的制備、檢測(cè)和評(píng)價(jià)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生掌握典型的實(shí)驗(yàn)方法，獲得實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，具有運(yùn)用催化原理解決工業(yè)催化實(shí)際問題的能力；6．了解工業(yè)催化的前沿和新發(fā)展動(dòng)向。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)1第一章催化作用與催化劑1.1催化作用的特征1.2催化反應(yīng)和催化劑的分類1.3固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)1.4催化劑的反應(yīng)性能及要求1.5多相催化反應(yīng)體系的分析1.掌握催化劑和催化作用定義；2.掌握催化劑的組成和催化作用特征及其應(yīng)用；3.了解催化劑各組成的作用；4.熟悉對(duì)工業(yè)催化劑的要求。6講授討論1、2、62第二章催化劑的表面吸附與孔內(nèi)擴(kuò)散2.1物理吸附與化學(xué)吸附2.2化學(xué)吸附和化學(xué)吸附態(tài)2.3吸附平衡與等溫方程2.4催化劑的表面積及其測(cè)量2.5催化劑孔結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)擴(kuò)散1.了解多相催化反應(yīng)步驟；2.了解化學(xué)吸附和物理吸附的區(qū)別；3.掌握吸附等溫方程的建立；4.了解化學(xué)吸附對(duì)催化劑催化作用的貢獻(xiàn)。5.熟悉多相催化的動(dòng)力學(xué)控制和擴(kuò)散控制的判斷與消除。4講授1、63第三章多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3.1吸附等溫方程在多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用；3.2表面化學(xué)反應(yīng)控制的多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理和模型的建立。1.了解表面質(zhì)量作用定律；2.掌握多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理；2.掌握表面化學(xué)反應(yīng)控制的多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的建立；3.掌握吸附等溫方程及其在多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用；2講授討論1、64第四章酸堿催化劑及其催化作用4.1酸、堿催化劑的應(yīng)用及其類型4.2酸、堿定義及酸堿中心的形成4.3固體酸堿性質(zhì)及其形成4.4酸堿催化作用及其催化機(jī)理4.5沸石分子篩催化劑及其催化作用4.6典型剖析1.了解酸催化劑的特點(diǎn)與工業(yè)應(yīng)用；2.了解固體酸、堿的定義及其性質(zhì)；3.掌握固體酸性質(zhì)的測(cè)定；4.掌握固體酸、堿的成因及催化劑酸性質(zhì)與催化活性的關(guān)系；5.熟悉分子篩的結(jié)構(gòu)，并掌握分子篩的離子交換特性和擇形催化特點(diǎn)；6講授3~55第五章金屬催化劑及其催化作用5.1金屬催化劑的應(yīng)用及特性5.2金屬催化劑的化學(xué)吸附5.3金屬催化劑電子因素與催化作用的關(guān)系5.4金屬催化劑晶體結(jié)構(gòu)與催化作用的關(guān)系-5.5負(fù)載型金屬催化劑及其催化作用5.6金屬催化劑及其催化作用5.7典型剖析1.了解導(dǎo)體催化劑的特點(diǎn)與工業(yè)應(yīng)用；2.了解金屬（導(dǎo)體）催化劑的能帶理論、價(jià)鍵理論和配位場(chǎng)理論；3.了解金屬催化劑表面的幾何結(jié)構(gòu)及多位吸附模型；4.掌握金屬催化劑催化活性的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則；4講授3~56第六章金屬氧（硫）化物催化劑及其催化作用6.1過渡金屬氧（硫）化物催化劑的應(yīng)用及氧化物的類型6.2金屬氧化物中的缺陷和半導(dǎo)體性質(zhì)6.3半導(dǎo)體催化劑的化學(xué)吸附與半導(dǎo)體電子催化理論6.4過渡金屬氧化物催化劑的氧化－還原機(jī)理6.5過渡金屬氧化物中晶體場(chǎng)的影響6.6過渡金屬氧化物催化劑典型催化過程的分析1.了解半導(dǎo)體催化劑的特點(diǎn)與工業(yè)應(yīng)用；2.了解金屬氧化物及硫化物（半導(dǎo)體）催化劑的能帶結(jié)構(gòu)及其催化活性；3.掌握半導(dǎo)體催化劑活性的調(diào)變；4講授3~57第七章絡(luò)合催化劑及其催化作用7.1絡(luò)合催化劑的應(yīng)用及化學(xué)成鍵作用7.2絡(luò)合物催化劑的形成與絡(luò)合物的反應(yīng)7.3絡(luò)合空位的形成、反應(yīng)物的活化和絡(luò)合催化劑的調(diào)變7.4絡(luò)合催化機(jī)理及絡(luò)合催化實(shí)例的分析7.5絡(luò)合催化劑的固相化及金屬原子簇催化劑1.了解絡(luò)合催化劑的特點(diǎn)與工業(yè)應(yīng)用；2.了解過渡金屬離子的化學(xué)配位鍵合類型及絡(luò)合催化原理；3.掌握絡(luò)合催化步驟及典型絡(luò)合催化反應(yīng)的機(jī)理。4講授3~58第八章工業(yè)催化劑的制備、表征與使用8.1催化劑的制備與催化劑的預(yù)處理8.2催化劑表征常用方法8.3催化劑的失活與再生1.了解工業(yè)催化劑的制備方法；2.掌握工業(yè)催化劑使用過程中的失活原因、催化劑的活化及再生方法。3.了解催化劑活性的評(píng)價(jià)方法；4.掌握固體催化劑的宏觀性質(zhì)及其測(cè)試方法。2講授討論2~6五、其他教學(xué)環(huán)節(jié)（課外教學(xué)環(huán)節(jié)、要求、目標(biāo)）本課程沒有可其他課外教學(xué)過程。六、教學(xué)方法由于本課程中涉及知識(shí)面較寬，所闡述內(nèi)容較多，最新的科技研究成果也比較豐富，為了引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和加強(qiáng)講授時(shí)的教學(xué)效果，本課程采用多媒體課件教學(xué)為主的教學(xué)方式。由于在講授過程中加入了大量的工業(yè)催化方面的研究成果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也為拓寬他們將來的就業(yè)渠道打下了一定的基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)中，通過講授、提問、討論、演示等教學(xué)方法和手段讓學(xué)生了解催化劑和理解催化原理的基本概念及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。七、考核方式最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（作業(yè)、期中測(cè)驗(yàn)成績(jī)、出勤情況、課堂表現(xiàn)等）和期末成績(jī)和組成。各部分所占比例如下：平時(shí)成績(jī)：50%課堂表現(xiàn)：包括出勤情況、課堂紀(jì)律和課堂提問，主要考核對(duì)每堂課知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度。作業(yè)、期中測(cè)驗(yàn)成績(jī)：主要考核階段知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。期末考試成績(jī)：50%。主要考核化工基本概念、基本原理、基本化工計(jì)算以及分析和解決化工問題的能力掌握程度。書面考試形式。題型有選擇題、填空題、問答題、綜合問題分析題、計(jì)算題等。八、教材及參考書目教材：大連理工大學(xué)王桂茹主編.催化劑與催化作用.大連理工大學(xué)出版社.參考書：1華南理工大學(xué)黃仲濤主編.工業(yè)催化.化學(xué)工業(yè)出版社.2天津大學(xué)李玉敏主編.工業(yè)催化原理.天津大學(xué)出版社.3吉林大學(xué)李榮生主編.催化作用基礎(chǔ).科學(xué)出版社.1990年第2版4吳越編著，催化化學(xué)，科學(xué)出版社，1995年5高正中編著，實(shí)用催化，化學(xué)工業(yè)出版社，1996年6鄧景發(fā)編著，催化作用原理導(dǎo)論，吉林科學(xué)出版社，1984年7RoelPrins，Chemistryandchemicalengineeringofcatalyticprocesses，Sijthoef&Noordhoff，19808MichaelBowker，Thebasisandapplicationsofheterogeneouscatalysis，OxfordChemistryPrimers,number53，OxfordUniversityPress(1998).9