《催化原理》教学大纲.docx

催化原理教学大纲一、课程基本信息课程编号:02010713001D课程中文名称催化原理课程英文名称Principles of Catalysis课程类别专业深适用专业材化催化方向开课学期第六学期总学时64学时总学分I先修课程物理化学，无机化学，有机化学课程简介本课程是材料化学专业催化方向的专业课，课程系统讲授了化学反应过 程中催化作用和原理、基本概念和基本研究方法，主要内容包括：基本 概念,吸附作用,气囿多和催化反应动力学基础以及不同催化剂（酸碱 催化剂，佥属催化剂、过渡佥国氧化物催化剂和过渡金典配合物催化剂） 的催化机理及其在实际生产过程中的板用.建议教材孙桂大等.石油化工催化作用导论M.北京：石化出版社.2（WO参考资料1李荣生等.傕化作用基础（第二版）网北京科学出版社.1990.吴越.催化化学M,北京:科学出版社,1995.3高正中.实用催化ML北京：化学工业出版社.1996.4王桂茹.催化剂与催化作用（笫二版）M,大连：大连理工大学出版 社,2004.二、课程教学目标1 .靠握有关催化的基本概含（如选择性，活性，柩定性，外扩敢，内如散，假化循环等等）和基 本理论（如佛化剂的酸中心、多位理论和配位佛化理论等）.2 .掌槐如何将理论知识和应用研究行机结合，培养学生新的思维方法和创新能力，三、理论教学内容与要求1绪论6学时）教学内容要求程度（1）9IW了解催化科学的重要性和特点；现Il催化作用与热力学、动力学；.掌握催化剂的作用和催化作Hl的体现。.（2）催化作用与催化剂了解催化作用的发展：现琳便化作用和催化剂的重要性质一掌催化剂活性和选择性的各种衣示方法以及它们适用的条件.（3）催化剂的一般组成了解催化剂的一般组成：掌 I：业傕化剂各个要求“（4）催化体系的分类了解催化学科的发展方向：掌催化体系的各种分类法的优点掌握均相催化和多相 催化的的优缺点.（5）催化学科的研究低围了解催化学科的研究内容与范IH。（6）催化学科的发展了解催化学科的发展过程，2吸附作用（8学时）教学内容要求程度（1）吸附现象了解物理吸阳与化学吸附的异I可；««一些有关吸附的基本概念，催化反应与吸附的关系.（2）化学吸附强度的指标一吸附热现鼻枳分吸附热与微分吸附热：. 拿吸附热的衣示方法。（3） IUt度变化对吸附活化能和脱附消化 他的影了解瓶萩度的变化与E"E, “的对应关系。（4）吸附的可逆性了解吸附的可逆性与不可逆性的区别.（5）化学吸附本了解研究化学吸附态实验方法.吸附态包括三方面的内 容,化学吸附态决定产物：理解不同物顷的吸附态，化学吸附态淡定产物拿-一"常见小分子（茶，稀烧，烘燃，CO1 H,）等化合 物的吸附态.（6）吸附等温线了解吸附等温规类型：理解等品吸附平衡：掌握一些基本概念（如滞后环）和UsL IY型等温线特点。（7）吸附温方程了解非理想的吸附等温式，及FrQUndIiCh等H方 程,Tcmkin等温方程：掌握Langmuir吸附理论及其等温方程式。（8）吸附速率与脱附速率了解程序升温脱附技术：吸附速率与脱附速率的 表达式.3，国多相催化反应动力学涮（6学时）校学内容要求程度（1）多相催化反应过程掌握飞固多相催化反应的完成包括的步骤及共动力学特 点.（2）表面质量作用定律拿发面质坂作用定律的内容：.（3）理想吸附层的速率方程了解不存在控制步骤的动力学方程，化学反应为控制步 骤的动力学方程、吸附为控制步骤的动力学方程及脱附 为控制步骤的动力学方程（4）两步机理模型掌握两步机理模型的两个假谀,三个定理.（5）外犷散对反应动力学的影响掌握外犷散对动力学的后中J.（6）内扩散对反应动力学的影嘀了解不同内扩放的特点及ThielC理论.（7）反应区间的识别掌内外扩放阻滞效应的识别及消除方法.4余体和助剂（4学时）教学内容要求程度（1）助剂掌助剂在催化剂中所起的主要作川和对活性主分的影 响及如何识别结构性助剂和调变性助剂.（2）就体了解常用的一些技体的种类、性质：拿坡体的作用：掌握三领化二铠品形的变化.5固体BMi化剂及其催化作用（10学时）教学内容要求程度（1） SUt催化剂的应用及其类型了解酸碱催化剂的应用.酸碱催化剂的分类.（2）或噱定义及酸碱中心的形成了解酸域定义：掌，一些常见化令物酸碱中心的形成 < 如Al/）3,分子崎）。（3）Ia体明"及其定（固体酸性须、固体酸发而酸性质的测定）了解Hamnett指示剂的胺滴定法,其它的酸测定方法.（4）团体性须与催化性能的关系了解酸中心类型，酸中心强度和酸中心数目与催化活性、选择性的关系：拿，正破肉子的形成和反应机理。（5）固体HHK化剂在石油化工中的应用了解催化裂化过程对催化剂的要求和催化裂化原料的影 响,拳假催化裂化反应热裂化的特点、缴咕移反应的特点 和作用、不同燃类催化裂化反应机理，（6）因体RMk化剂的失活和再生了解催化剂的失活方式、延缓失活的方法：掌固体酸催化剂催化结焦失活机埒和再生方法及注意的问题.6金属催化剂及其催化作用（10学时）教学内容要求程度（1）金属结构与催化性能关系了解金隅催化剂的结肉、催化作用； 9M佥W品体结构及晶面原子川布； ««多位理论的要点。（2）金属偎化剂偎化性触!交了解俄体如何调变金属（金属一载体强相”.作用）； 理解我体调变金词的催化性能；掌'IS粒效应和溢出效应，（3）催化加筑了解加瓠反应、加氢催化剂的活性中心；掌催化和乳大致可以分为两类、活化不饱和化合勃马 活性级之间相互适应性关系。<4）催化整了解我恪催化剂的技术进步，及纸整催化剂常见的端物， 催化剂的开工和再生等：掌握催化求整的目的，原料、Hi整催化剂应促进的反应、 催化史整动力学、烷炫芳构化的理论转化率足很高的.实际上在双功能曳整催化剂上烷烧芳构化产率远低于平衡产率.Pt - Re. Pt - Sn系列垂整催化剂中Rc和Sn的作用；重整催化剂再生步骤： 氯化和更新的作用。（5）乙烯化制环气乙筑了解乙烯氧化的热力学和动力学数据,银伟化剂上乙烯 氧化反应机理及微催化剂调变方法.7.过渡金氧化物催化剂及其催化作用（10学时）教学内容要求程度（1）过渡金属气化物催化剂的表面化学和 催化作用基破了解催化剂的表面.几何形态和分散作用、制物种之间的转化和催化作用；掌过渡金M乳化物的表面与体相组成、犯化物的灰面 动态学、亲电氧化和亲核就化.（2）选界性气化过程了解丙烯氧化制丙烯酸机理：掌,归乳和氧化脱乳的优缺点，正丁烷氧化法催化剂及 生产方法、正丁烷叙化为顺肝的反应历程.（3）脱氧和氧化JR氧了解反应工艺和催化剂：掌握烯焚化脱翅制丁二烧铁系催化剂失活原因.（4）加氢处理过程了解石油愉分中常见的含破和氮,化合物及和氢催化剂和 加氢处理催化剂设计要求，加乳脱硫的反应机理： 掌握柴环含M化合物的加氯脱氮过程.8.过渡金属配合物傀化剂及其催化作用（10学时）教学内容要求程度（1）过渡金K配合物中的国位健理论了解配位键理论和配体的分类：理解金由配位体成键情况：拿,过度金属络合物中过渡金属原子或离子与配位原 子、分子键合成的情况及各种多面体的结构，（2）过渡金属配合物的催化作用基础掌,完成过渡金应配合物所催化的反应通过的步骤、 配体取代、加成活化的过程、活化分子间的反应（还原 消除反应，B-消除反应。（3） 若合成过程了解展基化技术进展和要求.反应过程中催化剂的循环： 理解网甲酸化过程、RePPe型城基化过程（4）过渡金属配合物的催化氧化过程了解瓦克工艺过程的优缺点，乙烯配合氧化为乙酸的反 应机理.（6）聚合和齐聚反应过程了解乙烯齐聚的反应过程：理解。-烯短的立体定向聚合、烯燃齐聚过程；拿齐格勒-纳塔催化剂体系的聚丙烯过程及催化剂活 性中心的形成.（6）烯炉的核化了解烯媒的歧化IH理。（7）过渡金属原子修（自学）了解过渡金属原子族催化剂。.（8）过渡金属配合物催化剂的多相化掌握乡相化方法方法.四、考核方式采用期末考试和平时考核相结合的考核方式.总成绩为IoO分，式中期末考试成绩占总成绩的70%.平时成绩（包括作业、出勤、课堂小测验等占总成绩的30.五、习建1 .为什么说催化过程本质上是一个动力学过程？2 .加氢功能郡化剂往往对脱乳反应也有活性.水合功能催化剂往往对脱水反应也有活性.试给出解择.3 .试比较各种发示催化剂活性方法的特点和要求.4 .催化剂依照功Ife大致可以分为几类？5 .在为某原料寻找加辄催化剂时,利用简单的反应器试脸过许多样品，催化剂均是粉末比仔细研磨过 的材料.每次试5金均加OJg催化剂到50ml原料内,良好搅拌.过一定时间测定H2的吸收速率.在某些 情况下，如果加入两倍量的催化剂,反应速率却提高至46倍.这可能是什么区因.6 .设反应CHt + H： CH,其反应历程可能是；（1） CJl. - 2CH> K.（2） Cll> + H2 - CH. + IlK3（3） H + CJI, - CH1 + CH1 K.设反应（1）为平衡状态，对H作粒态处理，试证明dc<dt2k2ki ,（y.,:7 .光气分解的总反应为CoCL= CO Cl2,该反应历程为（1） Cl2 - 2C1 （2） Cl + COCL - CO + CL（3） CL - Ch + Cl其中（2）为控制步骤.（1） . （3）为平面状态,试证明反应速率方程为dxdt = K COCl2 ClJ28 .为什么结构助剂不改变反应的活化能，而调变性助剂却不j此功能？9 .硅藻土在使用前要用酸处理的作用.10 . AlQ做中心的形成？11 . Hanmetl函数或酸强度函数的表示方法及意义.12 .试举例说明为什么说竹架异构化反应比较困难?13 .简述催化裂化催化剂枳碳过程。14 .催化裂化产物特点及原因.15 .试举例说明催化剂的结焦鼠和结矩来源与分子筛结构网络中铝密度有关？16 .简述固体酸催化剂失活后再生方法和注感的问SiL17 .举例讨论加氢催化剂的活性中心.18 .双功能重整催化剂的组成及其作用.19 .试说明Pt - Re系列施整催化剂中Re的作用.20 .简要说明常整催化剂再生、氯化和更新的过程和要求。21 .名词解修（1）城基化过程：（2外扩散：（3转化频率：（4）收率：（5）调变性助剂：（6）共傕化剂：（7基 元反应：（8）起始吸附热：（9）吸附等温式：（10肪尿作用定律：1】）空速.22 .工业上对催化剂的要求，23,均相与多相假化作用的比较。24 .铜化物表面酸性（单金屈和双金属产生的原因,试举例说明并而出酸性结构简图.25 .正碳海子是如何形成？并举例说明.26 .双转移反应的方式有那些？它对催化裂化有何影响？27 .陆述多位理论的要点.28 .乳化脱乳的优点.29 .附合催化活性中心活化过的分子之间或活化过的分子与外来的反应物分子之间进一步反应生成新 的活化中间体或产品，从而完成一个配合催化的循环.在该反应过程中行两类反应：场入反应（或内 配位体迂移作用）和消除反应。试举例说明消除反应的类型，30 .甲酸在金属上的分解反应步骤A+MD-M+1/2BD-M . A C+1/2B+M式中：A-HCOOH； BTL；。一00“ DC00H； M一活性中心假定啜附符合朗格馔尔模型,（2）为控制步骤，试推带表面催化反应动力学方程式.31 .内扩散阻渐效应的识别.32 .苴整催化剂应促进的反应有哪些？33 .为什么说烷烧芳构化的理论转化率是很高的，实际上在双功能由整催化剂上烧烧芳构化产率远低 于平衡产率？请举例说明，34 .佛化剂要活化烧类并使其进一步进行利化反应.除/辄化还原功能外,还必须具备酸性佛化功旎的 原因?35 .举例说明外物种在催化氧化中的作用。36 .杂环含瑟化合物的加翅脱策过程有哪些？井举例说明，37 . 一般说来过渡金胧配合物所傕化的反应通过哪些步骤完成？38 .在Pty-A1A（卤化）催化剂上进行的主要反应是己烷芳构化副反应是的级解反应.试PI答：（1）主反应中各分步反应的类型，所需的催化功能；（2）催化剂的类型，催化剂中各组分的作用：（3）若用Pt-Re/ AlA（卤化）催化剂.不仅提高了活性、选择性也提高了热稳定性.试判断主 反应可能的控制步骤,并解择造成上述结果的原因.