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科目の基本情報

開講年度 2011 年度
開講区分 工学部分子素材工学科 ・専門教育
受講対象学生 学部(学士課程) : 3年次
分子素材工学科
選択・必修 選択必修
授業科目名 無機素材化学
むきそざいかがく
Chemistry for Inorganic Materials
単位数 2 単位
他学部・他研究科からの受講
放送大学科目 放送大学科目ではない
市民開放授業 市民開放授業ではない
開講学期

前期

開講時間 金曜日 3, 4時限
開講場所 工学部27番教室

担当教員 石原 篤(工学部分子素材工学科)

ISHIHARA, Atsushi

学習の目的と方法

授業の概要 無機材料としての触媒とは、どのような物質であり、何に役立つのかを理解する。不均一系触媒と不均一系触媒の反応性、反応機構の違いを理解するとともに、これらの物質が、石油精製および石油化学へどのように応用されているかについて解説する。
学習の目的 現代社会で不可欠な石油を扱う技術としての石油精製および石油化学について、これらの技術に含まれる化学反応の中でも特に重要な触媒化学を通して学ぶ。
学習の到達目標 触媒の物質的特長、どのような反応にどのような触媒が使われ、どのように機能しているかを理解する。
ディプロマ・ポリシー
○ 学科・コース等の教育目標

○ 全学の教育目標
感じる力
  •  感性
  •  共感
  •  倫理観
  •  モチベーション
  • ○主体的学習力
  •  心身の健康に対する意識
考える力
  •  幅広い教養
  • ○専門知識・技術
  •  論理的思考力
  •  課題探求力
  • ○問題解決力
  •  批判的思考力
コミュニケーション力
  • ○情報受発信力
  •  討論・対話力
  •  指導力・協調性
  •  社会人としての態度
  •  実践外国語力
生きる力
  • ○感じる力、考える力、コミュニケーション力を総合した力

授業の方法 講義

授業の特徴

教科書 新しい触媒化学(第2版)三共出版
参考書 工業有機化学 丸善、最新工業化学 講談社サイエンティフィック
成績評価方法と基準 成績は10-1で評価し、10-6を合格、5-1を不合格とする。100点満点で評価し、100点満点の内訳は、中間テストを30%、期末テストを40%、演習、宿題、黒板での解答を30%とする。成績評価を受けるためには70%以上の出席を必要とする。
オフィスアワー 月曜日10:00-12:00
予め履修が望ましい科目 無機化学、有機化学、物理化学の基礎を理解していること。
発展科目 大学院 素材化学特論、大学院 先端無機素材特論など
授業改善への工夫 ・ 原則的に毎回、講義中に短時間の演習を授業の終わりに行い、前回あるいはその日の授業内容の理解度、達成度を確認するとともに講義への関心を高める。また、宿題として、次回講義に関連する事項の調査や問題を科す。演習やレポートの解答は、学生による短時間の黒板での解答によって行う。
・ 宿題は、授業の前に提出したもののみ評価する。従って、遅刻した場合は宿題を受け付けない。
・ 中間テストと期末テストを行う。
・ 最後に中間テストと期末テストの解答を次の授業時間に行うことで、理解度を最終チェックし、勉強方法をアドバイスする。

授業計画

キーワード 無機材料としての触媒の化学
学習内容 第1回 石油とは何か、触媒とはどのようなものか
第2回 不均一系触媒(固体触媒)と均一系触媒(錯体触媒)、触媒が活躍する分野
第3回 固体触媒の種類、石油精製における触媒
第4回 水素化精製触媒、難脱硫性化合物
第5回 ガソリン製造のための触媒、1) 接触分解、2) 接触改質
第6回 水素製造のための触媒、環境問題
第7回 中間試験
第8回 中間試験の解答
履修のポイント:触媒とは何か、触媒にはどのようなものが存在し、どのように使われているのか。石油精製に関連する触媒反応、特に水素化精製、接触分解、接触改質、水素製造などのプロセスおよび不均一系触媒反応を学ぶ。
第9回 均一系触媒(錯体触媒)と18電子則
第10回 有機遷移金属錯体の基本的反応、触媒サイクル
第11回 石油化学工業、石油化学基礎原料の製造
第12回 Wacker法、エチレンの重合、Ziegler触媒、重合反応機構
第13回 オキソ反応、Monsanto法
第14回 期末試験
第15回 期末試験の解答
履修のポイント:石油化学工業で用いられている均一系触媒反応(Wacker法、オレフィン重合反応、オキソ反応、Monsanto法など)を理解するための有機遷移金属化学の基礎(18電子則、基本反応、触媒サイクル)を学ぶ。石油化学基礎原料および石油化学製品の製造法を学び、用いられる均一系触媒反応の触媒サイクルを用いて、反応機構を理解する。
学習課題(予習・復習) 第1回演習 触媒とは、どんなものか。
 カルボン酸のエステル化を例にとって、機構を説明せよ。
第1回宿題 石油はどのような物質か。
第2回演習 石油製品と石油化学製品の違いについて、いくつかの例をあげて説明せよ。
第2回宿題 石油精製における蒸留および水素化精製について説明せよ。
第3回演習 水素化脱硫反応、水素化脱窒素反応、水素化脱酸素反応、芳香族の水素化反応について、例をあげて説明せよ。
4,6-ジメチルジベンゾチオフェンをどのように処理すると、分解が容易になるか。
第3回宿題 水素の製造方法についてまとめよ。A. 水蒸気改質法、B. 部分酸化法
ガソリンの製造方法についてまとめよ。
a. 接触改質、b. 接触分解
第4回演習 ガソリンのオクタン価とは何か。
第4回宿題 石油などの化石燃料を使いつくしたら。炭素源、電源、エネルギー源、輸送用燃料
第5回演習 地球温暖化について知っていることを書け。
どのような対策があるか。
第5回宿題 遷移金属錯体における18電子則とは何か。
 18電子則を満足する錯体を4-10族も金属について一つずつ描け。
第6回中間テスト
第7回模範解答
第8回演習 2核のCoおよびFeのカルボニル錯体の構造を推定せよ。
配位子はCOだけで、18電子則を満足するとする。
また、3核のカルボニル錯体では、どうなるか。
第8回宿題 有機金属化学の基本反応には、どのような反応が含まれているか。 反応例を用いて、説明せよ。
第9回演習 有機金属化学の基本反応を用いて、オレフィンの水素化反応の触媒サイクルを説明せよ。
第9回宿題 石油化学基礎原料の製造方法を以下の製品について短くまとめなさい。a. エチレン、プロピレンの製造、b. C4留分の製造、c. 芳香族炭化水素の製造
第10回演習 Hoechst-Wacker法を触媒サイクルを用いて説明せよ。
第10回宿題 Hoechst-Wacker法でエチレンの代わりにプロピレンを用いた場合の触媒サイクルを描け。
第11回演習 Ziegler触媒を用いたエチレンの重合反応の反応機構を有機金属化学の基礎反応を用いて説明せよ。
第11回宿題 オキソ反応の触媒サイクルを有機金属化学の基本反応を用いて説明せよ。金属(Co)の酸化数、18電子則を満足しているか。
第11回宿題2 ポリプロピレンのタクチシティーが発現するのはなぜか。
触媒構造モデルを用いて説明せよ。
第11回宿題3 Monsanto法を触媒サイクルを用いて説明せよ。

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