一、课程名称：工业催化II
二、课程代码：CHEM30440
三、学时和学分：32学时，2学分
四、适用专业：材料化学
五、预修课程：结构化学、物理化学、仪器分析
六、使用教材：李荣生，甄开吉，王国甲 编著。催化作用基础（第三版），北京：科学出版社，2005。
七、参考书目：吴越著，催化化学，北京：科学出版社，2000.
八、课程描述
催化化学在国民经济中具有十分重要的意义，涉及领域广泛。但学生只在物理化学或普通化学的某些章节学习了很简单的催化学基础知识，远远不能满足以后在科研和工作中的应用。因此本课程的目的在于阐明催化作用的本质，系统而简明的介绍催化理论，以及催化作用在能源、新材料、生物工程等领域的应用。
九、教学目标
1. 教学目标
催化化学在国民经济中具有十分重要的意义，涉及领域广泛。但学生只在物理化学或普通化学的某些章节学习了很简单的催化学基础知识，远远不能满足以后在科研和工作中的应用。因此本课程的目的在于阐明催化作用的本质，系统而简明的介绍催化理论，以及催化作用在能源、新材料、生物工程等领域的应用。
2. 教学环节对人才培养目标的贡献
① 使学生了解有关催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等重要工业催化剂的催化反应原理，了解环境催化等本学科及交叉学科的发展动态。
② 使学生具备有关催化剂的合成、表征与测试等基本理论知识，了解相关的研究方法，培养学生分析和解决催化剂制备技术中各种实际问题的能力，以适应社会对于化工专业人才的需求。
③ 通过本课程的学习，培养学生从物质结构与物质性质（性能）相互关系的基本规律出发，分析和解决问题的能力。
④ 培养学生辩证唯物思维能力，从客观角度去分析和解决问题。
3. 知识贡献
章节名称 |
知识贡献 |
教学要求 |
学时 |
第一部分 总 论 |
此部分主要介绍这一学科的现状和发展趋势；指出目前存在的主要问题；探讨以现代化学理论作为关联均相、酶和多相三种催化作用共同理论基础的可能性。 |
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第一章 引论 |
第一节 催化科学和发展技术简介 1． 实用催化剂的开发 2． 催化理论的发展简史 3． 催化工艺的进展 第二节 广义和狭义的催化剂 第三节 催化作用的本质 |
本章要求学生掌握广义和狭义催化剂的概念,从化学键和成键的角度学习催化反应的本质；了解催化科学发展的现状。 重点和难点：催化作用的本质。 |
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第二章 催化反应和催化剂 |
第一节 催化反应和催化剂的分类 1. 催化反应的分类 2. 催化剂的组成 3. 催化剂的分类 第二节 催化剂在化学反应中的作用 1. 催化剂的选择性2. 催化剂的动态性质 第三节 催化反应的热力学和动力学 1. 热力学第一、第二定律 2. 热力学活化参数的计算及其物理意义 3. 催化反应动力学 4. 动力学参数及其相互关系 |
掌握催化剂的组成，催化剂的选择性，催化剂的动态性质，催化反应热力学和动力学以及活化参数的计算。 重点和难点：重点学习催化剂在化学中的作用和催化热力学、动力学。 |
3 |
第三章 催化作用的化学基础 |
第一节 基元化学反应机理 第二节 晶体场和配位场理论简介 第三节 均相、多相和酶催化反应机理的同一性 1. 酸-碱催化反应 2. 共价催化反应 3. 配位催化反应 4. 氧化-还原催化反应 第四节 催化剂结构对催化性能的影响 |
掌握用电子概念表示的基元化学反应机理，了解晶体场和配位场理论，能够根据近代物理和化学知识，用已经确认的一般化学观点，对发生在均相、多相和酶三类不同体系中的化学反应作统一解释。 重点和难点：本章难点是晶体场和配位场理论，重点是均相、多相和酶催化反应机理的同一性。 |
3 |
第二部分 均相催化 |
本部分论述均相催化中的酸碱催化和配位催化的共性和特殊性. |
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第四章 酸碱催化剂及其作用机理 |
第一节 一般酸碱催化反应 1. 酸、碱的定义 2. 酸、碱催化反应机理 第二节 特殊酸碱催化反应 1. 特殊酸碱催化反应 2. pH的影响 3. 盐效应 第三节 酸碱协同催化反应 第四节 酸函数和酸强度重点介绍酸、碱催化剂的作用机理。 |
掌握从电荷转移角度定义的酸碱概念，从而认识酸碱催化反应机理，掌握什么是酸碱协同催化反应。 |
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第五章 配合物催化剂及其作用机理 |
第一节 配合物催化剂作用的特点 1. 配合物催化剂的种类 2. 配离子的稳定性 3. 配位数和配合物的空间构型 4. 金属离子的氧化还原特性 第二节 配位催化中的基元反应 1. 有效原子序数规则 2. 配体的配位和离解 3. 氧化加成和还原消除 4. 插入及挤出反应 第三节 配位催化中的多催化剂体系 1. 催化剂的相加机理 2. 平行活化 3. 几个催化体系的结合 第四节 Werner配合物催化剂和p-配合物催化剂的催化作用 第五节 金属原子簇催化剂及有机金属化合物的催化作用 |
掌握配合物催化剂的作用特点，配合物催化剂的类型，配位催化反应中的基元反应，其中要掌握有效原子序数规则、插入及挤出反应等。 重点和难点：本章重点介绍有重要意义的配位催化剂-过渡金属的werner配合物、配合物、金属原子簇及有机金属化合物及其在一些重要反应中的催化机理。 |
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第三部分 酶催化 |
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第六章 酶及其模拟 |
第一节 酶的组成、结构和功能 第二节 酶反应 第三节 酶模拟 |
了解酶催化的基本特点，通过对典型酶催化反应的分析和与均相配位催化反应的类比，着重指出二者在化学上的一致性，和酶之所以具有较高活性和选择性在于酶结构的独特性；在此基础上可对模拟酶的可能途径作了详细分析。 重点和难点：酶的化学组成、结构和催化功能特点，典型的几类酶催化反应。 |
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第四部分 多相催化 |
本部分从无机固态化学出发，分析金属、金属氧化物和固体酸碱等各类固体催化剂活性部位的形成和结构，并阐述各自的反应机理。 |
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第七章 固体催化剂的固态化学基础 |
第一节 固体催化剂的晶体结构 第二节 非化学计量化合物和固体中的缺陷 第三节 固体的表面 第四节 无机固态反应 |
掌握固态配位化学的基础知识，了解固体中的缺陷类型和表示方法，了解固体表面的化学组成、电子结构以及固体催化剂的制备。 重点介绍固体缺陷、表面理论、固体催化剂的作用。 |
3 |
第八章 金属催化剂 |
第一节 金属催化剂的特征 第二节 金属表面上的化学键本质 第三节 金属催化剂上的反应 |
了解金属催化剂的特征；了解金属表面化学键的本质；了解金属催化剂上发生反应的特征。 重点和难点：重点介绍金属表面上的化学化学本质、金属催化剂的反应特征。 |
3 |
第九章 金属氧化物催化剂 |
第一节 酸-碱型催化剂的催化反应 第二节 氧化-还原型氧化物催化剂的催化反应 第三节 重要工业催化剂举例 |
掌握酸碱型、氧化还原型两类金属氧化物催化剂的特点、热力学性质。 重点和难点在于两类金属氧化物催化剂的反应机理。 |
4 |
第五部分 催化研究的新领域 |
本部分涉及催化剂在与物质转化同时发生的能量转化作用，列举一些应用催化剂的新领域。 |
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第十章 电催化和光催化 |
第一节 电催化反应的特征和反应过程 第二节 光催化反应的特征、类型和研究动向 第三节 半导体的光电极催化反应 |
掌握电催化的定义、特征，光催化的定义、特征和反应类型。了解光电催化研究的新动向。 重点电催化和光催化的反应特征和机理。 |
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第十一章 催化剂的新应用领域 |
第一节 环保催化 第二节 能源催化 第三节 化学传感器 第四节 家用催化剂 |
了解催化剂的几个重要应用领域。 |
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十、教学方法
本课程以讲授为主，配以适当的课堂练习、课外作业。
（1） 在《催化化学基础》理论课教学中重视研究性学习、探究性学习、协作学习等现代教育理念在教学中的应用，倡导启发式教学和研究性学习，不断探索教学方法，通过设计课堂提问、课堂讨论、查阅资料、撰写小论文等形式，充分调动学生在教学活动中的主动性和积极性，促进学生积极思考，使学生由被动地接受知识到主动地获取知识，并尝试用催化化学的理论知识解释生活、生产、科研中的相关问题和现象，促进学生学习能力的发展。
（2） 在《催化化学基础》理论课教学中重视教育新技术的应用和教学方法的改革，充实丰富《催化化学基础》的CAI课件和电子教案，在教学实践中灵活运用多媒体辅助教学，充分发挥CAI课件知识密集、交叉性、智能化等特点，扩大学生的知识面；利用多媒体电子课件生动、形象地体现教学内容，有效调动学生积极参与学习，促进学生积极思考，提高学生的自学能力，使他们的学习方法和思维特征能跟上信息时代的步伐，取得了良好的教学效果。
（3）在实践中，以《催化化学基础》学科前沿，撰写小论文，让学生深入理解结构决定材料性能这个原理。
十一、考核及成绩评定方式
由平时成绩（作业、包括小论文、出勤、课堂讨论）、考试组成。
在《催化化学基础》理论课教学中，结合每章教学内容布置1次作业。作业全批全改，成绩登记在记分册上；考试为120分钟闭卷考试，考题中基础性知识题目占60%-70%，综合性题目占20%-30%，提高性题目占10%，总分100分。课程总成绩中，出勤占10%，作业、小论文及查阅资料的成绩占20%，考试成绩占70%。
大纲制定人：高文亮
大纲审定人：法焕宝
制定时间：2014-3-25
