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1、催化原理教学大纲一、课程根本信息1课程编号： 课程中文名称课程英文名称课程类别适用专业开课学期总 学 时总 学 分先修课程02023713001D催化原理Principles of Catalysis专业课材化催化方向 第六学期64 学时4物理化学，无机化学，有机化学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响过 程中催化作用和原理、根本概念和根本争论方法，主要内容包括：根本课程简介 概念，吸附作用，气固多相催化反响动力学根底以及不同催化剂酸碱催化剂，金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和过渡金属协作物催化剂 的催化机理及其在实际生产过程中的应用。建议教材 孙桂大等。石油化工催化作
2、用导论M.北京：石化出版社,20231 李荣生等.催化作用根底其次版M北京科学出版社,1990. 2吴越.催化化学M,北京：科学出版社,1995.参考资料 3高正中.有用催化M,北京：化学工业出版社,1996.4王桂茹.催化剂与催化作用(其次版)M,大连：大连理工大学出版社,2023.二、课程教学目标1. 把握有关催化的根本概念如选择性，活性，稳定性，外集中，内集中，催化循环等等和根本理论如催化剂的酸中心、多位理论和配位催化理论等。2. 把握如何将理论学问和应用争论有机结合，培育学生的思维方法和创力量。三、理论教学内容与要求1 绪 论6 学时教学内容要求程度了解催化科学的重要性和特点；（1）
3、引言理解催化作用与热力学、动力学；把握催化剂的作用和催化作用的表达。了解催化作用的进展；理解催化作用和催化剂的重要性质；（2） 催化作用与催化剂（3） 催化剂的一般组成把握催化剂活性和选择性的各种表示方法以及它们适用的条件。了解催化剂的一般组成； 把握工业催化剂各个要求。了解催化学科的进展方向；（4） 催化体系的分类把握催化体系的各种分类法的优点把握均相催化和多相催化的的优缺点。（5） 催化学科的争论范围（6） 催化学科的进展了解催化学科的争论内容与范围。了解催化学科的进展过程。2 吸附作用8学时教学内容要求程度（1） 吸附现象（2） 化学吸附强度的指标吸附热（3） 掩盖度变化对吸附活化能和脱
4、附活化了解物理吸附与化学吸附的异同；把握一些有关吸附的根本概念，催化反响与吸附的关系。理解积分吸附热与微分吸附热； 把握吸附热的表示方法。了解掩盖度的变化与E 与E 的对应关系。能的影响（4） 吸附的可逆性（5） 化学吸附态addes了解吸附的可逆性与不行逆性的区分。了解争论化学吸附态试验方法，吸附态包括三方面的内容，化学吸附态打算产物；理解不同物质的吸附态，化学吸附态打算产物把握一些常见小分子苯，稀烃，炔烃，CO, H 等化合2物的吸附态。了解吸附等温线类型；（6） 吸附等温线理解等温吸附平衡；把握一 些根本概念 (如滞后环)和II型, IV型等温线特点。了解非抱负的吸附等温式，及 Freu
5、ndlich等温方（7） 吸附等温方程程,Temkin等温方程；把握Langmuir吸附理论及其等温方程式。了解程序升温脱附技术；吸附速率与脱附速率的（8） 吸附速率与脱附速率教学内容（1） 多相催化反响过程（2） 外表质量作用定律表达式。3 气固多相催化反响动力学根底6学时要求程度把握气固多相催化反响的完成包括的步骤及其动力学特点。把握外表质量作用定律的内容；了解不存在掌握步骤的动力学方程，化学反响为掌握步（3） 抱负吸附层的速率方程骤的动力学方程、吸附为掌握步骤的动力学方程及脱附为掌握步骤的动力学方程（4） 两步机理模型（5） 外集中对反响动力学的影响（6） 内集中对反响动力学的影响(7)
6、 反响区间的识别教学内容（1） 助剂（2） 载体把握两步机理模型的两个假设，三个定理。把握外集中对动力学的影响。了解不同内集中的特点及Thiele理论。把握内外集中阻滞效应的识别及消退方法。4 载体和助剂4 学时要求程度把握助剂在催化剂中所起的主要作用和对活性主分的影响及如何识别构造性助剂和调变性助剂。了解常用的一些载体的种类、性质；把握载体的作用；把握三氧化二铝晶形的变化。教学内容5 固体酸催化剂及其催化作用10学时要求程度（1） 酸碱催化剂的应用及其类型（2） 酸碱定义及酸碱中心的形成（3） 固体酸性质及其测定固体酸性质、固体酸外表酸性质的测定（4） 固体酸性质与催化性能的关系了解酸碱催化
7、剂的应用，酸碱催化剂的分类。了解酸碱定义；把握一些常见化合物酸碱中心的形成如Al2O3,分子筛。了解Hammett指示剂的胺滴定法，其它的酸测定方法。了解酸中心类型，酸中心强度和酸中心数目与催化活性、（5） 固体酸催化剂在石油化工中的应用选择性的关系；把握正碳离子的形成和反响机理。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；把握酸催化裂化反响热裂化的特点、氢转移反响的特点和作用、不同烃类催化裂化反响机理。了解催化剂的失活方式、延缓失活的方法；（6） 固体酸催化剂的失活和再生把握固体酸催化剂催化结焦失活机理和再生方法及留意的问题。6 金属催化剂及其催化作用10学时教学内容要求程度了解金属
8、催化剂的构造、催化作用；（1） 金属构造与催化性能关系理解金属晶体构造及晶面原子排布；把握多位理论的要点。了解载体如何调变金属金属载体强相互作用)；（2） 金属催化剂催化性能调变理解载体调变金属的催化性能；把握颗粒效应和溢出效应。了解加氢反响、加氢催化剂的活性中心；（3） 催化加氢把握催化加氢大致可以分为两类、活化不饱和化合物与活性氢之间相互适应性关系。了解重整催化剂的技术进步，及重整催化剂常见的毒物， 催化剂的开工和再生等；把握催化重整的目的，原料、重整催化剂应促进的反响、催化重整动力学、烷烃芳构化的理论转化率是很高的，（4） 催化重整（5） 乙烯氧化制环氧乙烷实际上在双功能重整催化剂上烷烃
9、芳构化产率远低于平衡产率。Pt Re，Pt Sn系列重整催化剂中Re和Sn的作用；重整催化剂再生步骤； 氯化和更的作用。了解乙烯氧化的热力学和动力学数据，银催化剂上乙烯氧化反响机理及银催化剂调变方法。7. 过渡金属氧化物催化剂及其催化作用10学时教学内容（1） 过渡金属氧化物催化剂的外表化学和催化作用根底要求程度了解催化剂的外表几何形态和分散作用、氧物种之间的转化和催化作用；把握过渡金属氧化物的外表与体相组成、氧化物的外表动态学、亲电氧化和亲核氧化。了解丙烯氧化制丙烯酸机理；（2） 选择性氧化过程把握脱氢和氧化脱氢的优缺点，正丁烷氧化法催化剂及生产方法、正丁烷氧化为顺酐的反响历程。了解反响工艺
10、和催化剂；（3） 脱氢和氧化脱氢把握丁烯氧化脱氢制丁二烯铁系催化剂失活缘由。了解石油馏分中常见的含硫和氮化合物及加氢催化剂和（4） 加氢处理过程加氢处理催化剂设计要求，加氢脱硫的反响机理； 把握杂环含氮化合物的加氮脱氮过程。8. 过渡金属协作物催化剂及其催化作用10学时 教学内容要求程度了解配位键理论和配体的分类；理解金属 配位体成键状况；（1） 过渡金属协作物中的配位键理论把握过度金属络合物中过渡金属原子或离子与配位原子、分子键合成的状况及各种多面体的构造。把握完成过渡金属协作物所催化的反响通过的步骤、（2） 过渡金属协作物的催化作用根底配体取代、加成活化的过程、活化分子间的反响复原消退反响
11、， 消退反响。了解羰基化技术进展和要求，反响过程中催化剂的循环；（3） 羰基合成过程（4） 过渡金属协作物的催化氧化过程（5） 聚合和齐聚反响过程（6） 烯烃的歧化（7） 过渡金属原子簇自学（8） 过渡金属协作物催化剂的多相化四、考核方式理解氢甲酰化过程、Reppe型羰基化过程。了解瓦克工艺过程的优缺点，乙烯协作氧化为乙醛的反响机理。了解乙烯齐聚的反响过程；理解 烯烃的立体定向聚合、烯烃齐聚过程；把握齐格勒一纳塔催化剂体系的聚丙烯过程及催化剂活性中心的形成。了解烯烃的歧化机理。了解过渡金属原子簇催化剂。把握多相化方法方法。承受期末考试和寻常考核相结合的考核方式。总成绩为100分，其中期末考试成
12、绩占总成绩的70%， 寻常成绩包括作业、出勤、课堂小测验等占总成绩的30%。五、习题1. 为什么说催化过程本质上是一个动力学过程？2. 加氢功能催化剂往往对脱氢反响也有活性，水合功能催化剂往往对脱水反响也有活性。试给出解释。3. 试比较各种表示催化剂活性方法的特点和要求。4. 催化剂依照功能大致可以分为几类？5. 在为某原料查找加氢催化剂时，利用简洁的反响器试验过很多样品，催化剂均是粉末或认真研磨过的材料。每次试验均加0.1g催化剂到50ml原料内，良好搅拌，过肯定时间测定H2的吸取速率。在某些状况下，假设参加两倍量的催化剂，反响速率却提高至46倍。这可能是什么缘由。6. 设反响C H + H
13、 CH 其反响历程可能是：2 6231C H 2CHK2 631(2) CH3+ H CH24+ HK2(3) H + C H CH + CHK2 6433设反响1为平衡状态，对H作稳态处理，试证明2dCH /dt=2k k1/2C H 2H 42 627. 光气分解的总反响为COCl CO + Cl ，该反响历程为22(1) Cl 2Cl2(2) Cl + COCl2- CO + Cl3(3) Cl Cl+ Cl32其中2为掌握步骤，1,3为平衡状态，试证明反响速率方程为dx/dtK COCl2Cl 228. 为什么构造助剂不转变反响的活化能，而调变性助剂却有此功能？9. 硅藻土在使用前要用
14、酸处理的作用。10. Al2O3酸中心的形成？11. Hammett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骨架异构化反响比较困难？13. 简述催化裂化催化剂积碳过程。14. 催化裂化产物特点及缘由。15. 试举例说明催化剂的结焦量和结焦来源与分子筛构造网络中铝密度有关？16. 简述固体酸催化剂失活后再生方法和留意的问题。17. 举例争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系列重整催化剂中Re的作用。20. 简要说明重整催化剂再生、氯化和更的过程和要求。21. 名词解释1羰基化过程；2外集中；3转化频率；4收率；5调变性助
15、剂；6共催化剂；7基元反响；8起始吸附热；9吸附等温式；10质量作用定律；11空速.22. 工业上对催化剂的要求。23. 均相与多相催化作用的比较。24. 氧化物外表酸性单金属和双金属产生的缘由,试举例说明并画出酸性构造简图.25. 正碳离子是如何形成？并举例说明。26. 氢转移反响的方式有那些？它对催化裂化有何影响？27. 简述多位理论的要点。28. 氧化脱氢的优点。29. 协作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响物分子之间进一步反响生成的活化中间体或产品，从而完成一个协作催化的循环。在该反响过程中有两类反响：插入反响或内配位体迁移作用和消退反响。试举例说明消退反响的类型。
16、30. 甲酸在金属上的分解反响步骤k+1kA+M-1D-MD-M+1/2BC+1/2B+M(1)(2)式中：AHCOOH；BH ；CCO ；D-COOH；M活性中心22假定吸附符合朗格谬尔模型，2为掌握步骤，试推导外表催化反响动力学方程式。31. 内集中阻滞效应的识别。32. 重整催化剂应促进的反响有哪些？33. 为什么说烷烃芳构化的理论转化率是很高的，实际上在双功能重整催化剂上烷烃芳构化产率远低于平衡产率？请举例说明。34. 催化剂要活化烃类并使其进一步进展氧化反响，除了氧化复原功能外,还必需具备酸性催化功能的缘由？35. 举例说明氧物种在催化氧化中的作用。36. 杂环含氮化合物的加氮脱氮过程有哪些？并举例说明。37. 一般说来过渡金属协作物所催化的反响通过哪些步骤完成？38. 在 Pt/ -Al O (卤化)催化剂上进展的主要反响是己烷芳构化42 31235副反响是的氢解反响。试答复：（1） 主反响中各分步反响的类型，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） 假设用 Pt-Re/ -Al2O3(卤化)催化剂，不仅提高了活性、选择性，也提高了热稳定性。试推断主反响可能的掌握步骤，并解释造成上述结果的缘由。