結構化學教學大綱

1、課程代碼： 080531015課程英文名稱： Structure chemistry課程總學時： 32 講課： 32 實驗： 0 上機： 0 適用專業(yè)：化學專業(yè)大綱編寫（修訂）時間： 2017.7一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學目標1.基本任務： 結構化學是研究原子、 分子及晶體的結構及其與性質之間的關系的科學。 通過 結構化學的學習，使學生對本大綱范圍內的結構化學內容有比較全面的了解，了解其實驗基礎、 基本概念以及基本方程的意義，掌握一些簡單的數學處理方法。達到能較系統(tǒng)地闡明元素周期 律的本質以及較深入地定性地闡明化學鍵的本質的目標。在物理測試方法方面除 X- 結構分析方 法要求學生有

2、比較系統(tǒng)的了解外，對其他方法則只要求了解其基本原理及所能提供的結構信息。2.教學目標：掌握結構化學內容，培養(yǎng)學生應用結構的觀點分析和解決化學中遇到的 問題，使學生具有初步的分析問題和解決問題的能力，并在教學中努力培養(yǎng)學生辯證唯物主義 的世界觀，為培養(yǎng)和造就高級化工技術人才打好基礎。（二）知識、能力及技能方面的基本要求 近年來，隨著無機化學、有機化學、物理化學、量子化學、材料科學及近代物理測試技術 等學科與結構化學的相互滲透、配合，極大地促進了結構化學的發(fā)展。結構化學的教學也有了 不少新的看法和變革，但作為工科院校結構化學的教學仍然以必須掌握的基本理論，基本方法 為主。1. 基本知識：掌握實物微

3、粒的運動規(guī)律，能夠通過定態(tài)薛定諤方程求解簡單的分子離 子的原子軌道模型，能較系統(tǒng)地闡明元素周期律的本質。2. 基本理論和方法：掌握化學鍵的三種基本類型，即離子鍵、共價鍵和金屬鍵。對價鍵 理論、分子軌道理論和配位場理論有較深入的了解。重點掌握分子軌道理論及其在分子結構中 的應用，一般了解分子對稱性的概念。掌握絡和物的價鍵理論包括電價配鍵、共價鍵配鍵及分子軌道理論在絡和物中的應 用。重點掌握晶體場理論。掌握晶體周期性結構的特點及由此特點決定的晶體的各種性質；金屬鍵和金屬的一般 性質，固體能帶理論，密堆積結構；離子鍵和點陣能，離子配位多面體極其連接規(guī)律；分子間 作用力對其物質性質的影響；氫鍵及氫鍵型

4、晶體、分子型晶體、混合鍵型晶體的特性。3. 基本技能： 研究物質結構主要采用兩種途徑，其一是以演繹的方法為主，即是從微觀質點運動的 普遍規(guī)律出發(fā)進而研究原子是如何組成分子的或組成晶體的。其二是以歸納法為主，應用一些 物理測試手段，來研究物質內部原子的排列及運動狀況、原子和分子中電子的運動狀態(tài)等。當 對很多個別具體對象進行測量后，再總結成規(guī)律。掌握演繹推理的能力及歸納法的應用為能力。培養(yǎng)學生綜合運用所學過的有機、無機、物化、高數、高等物理等知識的能力，運用 結構化學的知識解決有機、無機、物化學習中遇到的困難。辯證唯物主義思維的培養(yǎng)，使學生學會用物質的、結構的觀點去分析問題解決問題。（三）實施說明

5、1教學方法：結構化學是一門理論性較強的課程，通常學生會感覺較難，因此應盡量避免 與理論性較強或難度較大的必修課程如物理化學等同時開設。教師在課堂教學中以概念的介紹 為主，盡量減少不必要的理論推導，使學生明確結構化學的基本內容，了解結構化學的主要方 法，掌握一些簡單實用的計算方法。2 .教學手段： 大綱實施時應強調化學的整體性、綜合性。摒棄單純傳授具體知識的觀念， 強調培養(yǎng)分析、啟發(fā)思路、解決問題的能力和創(chuàng)新精神，強調充分發(fā)揮學生積極性和主動性， 充分應用現(xiàn)代教育技術結構化學課程教學大綱進行雙向教學，使學生具有自我開拓和獲得知識的能力。（四）對先修課的要求物質結構決定了物質的物理、化學性質及其變

6、化規(guī)律。金屬、無機、有機化合物的結構正 是物質結構的研究內容。從無機、有機、物化到結構化學的學習正是從感性認識到理性認識再 從理性認識到感性認識的過程，其中要大量應用的高等數學知識，也涉及到大學物理知識，因 此結構化學學習之前要求先學完無機化學、有機化學、物理化學、高等數學、大學物理。（五）對習題課、實驗環(huán)節(jié)的要求應根據學生學習的具體情況布置作業(yè)。學習中應包含12 次習題課?，F(xiàn)代物理測試方法在物質結構的研究中具有重要的意義，由于條件所限，暫時不能開 設結構化學的實驗。（六）課程考核方式1考核方式：考試。2.考核目標：掌握結構化學內容，使學生具有初步的分析問題和解決問題的能力3課程總成績：最終理

7、論考試占80%平時成績占 20%（七）參考書目簡明結構化學教程夏少武編，化學工業(yè)出版社，2011二、中文摘要結構化學是一門研究原子、分子、晶體結構以及結構與性質關系的科學。通過結構化學的 學習使得學生對于結構化學范疇有一定的了解，能夠更深入的理解實驗基礎、基本概念和基礎 方程式的意義，掌握一般的數學處理方法達到對元素周期表示例和化學鍵理論的深刻闡述的目標。三、課程學時分配表序號教學內容學時講課實驗上機1量子力學基礎知識77001.1光的波粒二象性21.2量子力學的基本假定和薛定諤方程21.3:定態(tài)薛定諤方程求解32原子的結構和性質99002.1原子結構的薛定諤方程的建立方法22.2中心力場模型

8、和單電子近似法22.3原子軌道能級的計算方法22.4徑向分布函數的物理意義和形態(tài)33分子的結構和性質1212003.1氫分子離子薛定諤方程的建立方法33.2簡單分子軌道理論的要點33.3配合物的價鍵理論33.4姜一泰勒效應34分子光譜22005:習題課2200合計3232四、教學內容及基本要求第 1 部分量子力學基礎知識總學時（單位：學時）：7 講課：7實驗：0上機：0具體內容：1） 了解量子力學的發(fā)展概況，理解光的波粒二象性和實物粒子的波粒二象性，掌握 不確定關系式。（講課 2 學時）2） 理解量子力學的基本假定和薛定諤方程的意義，理解主要的力學量算符，掌握本 征值的計算方法。理解波函數的物

9、理意義，掌握波函數的歸一化方法。（講課 2 學時）3） 了解用定態(tài)薛定諤方程求解勢箱中粒子平動的能級和波函數的方法。理解能量量 子化的概念和零點能的概念，掌握一維勢箱中自由粒子運動的能級計算方法。（講課 3 學時）重點：1）光的波粒二象性和實物粒子的波粒二象性，掌握不確定關系式。2）量子力學的基本假定和薛定諤方程 難 點：量子力學的基本假定和薛定諤方程習 題：薛定諤方程的意義，計算本征值。第 2 部分原子的結構和性質總學時（單位：學時）：9講課：9實驗：0 上機：0具體內容：1）理解原子結構的薛定諤方程的建立方法和分離變量法求解氫原子及類氫離子薛定 諤方程的過程。（講課 2 學時）2）理解中心

10、力場模型和單電子近似法求解多電子原子薛定諤方程的方法。明確解的結果和三個量子數的物理意義，掌握三個量子數的取值。（講課 2 學時）3） 掌握原子軌道能級的計算方法和Slater 規(guī)則計算屏蔽常數的方法，明確原子軌道角動量的計算方法。掌握原子軌道的角度分布和角度電子云的形狀。（講課 2 學時）4） 明確徑向分布函數的物理意義和形態(tài)。明確電子自旋的概念，掌握自旋磁量子數的取值，明確原子波函數的概念，了解Slater 行列式和保里原理。掌握基態(tài)原子的電子排布方式。（講課 3 學時）重點：分子軌道理論，雜化軌道理論，簡單HMO 法和共軛分子鍵級、自由價和分子圖。難 點：氫分子離子和共價鍵的本質，雜化軌

11、道理論。習 題：薛定諤方程的建立方法，原子波函數的概念，原子軌道角動量的計算。第 3 部分分子的結構和性質總學時（單位：學時 ）：12講課： 12 實驗： 0 上機：0具體內容：1）明確氫分子離子薛定諤方程的建立方法和線性變分法求解該方程的原理，掌握解 的結果，明確三個積分的意義。 （講課 3 學時）2）掌握簡單分子軌道理論的要點，掌握雙原子分子軌道的類型和雙原子分子電子組態(tài)， 能夠分析成鍵情況、進行簡單的性質預測。了解氫分子薛定諤方程的海特勒倫敦近似解法， 明確價鍵理論的要點，掌握雜化軌道理論的要點和雜化軌道的基本類型。（講課 3 學時 ）3）了解配合物的價鍵理論，理解晶體場理論的處理方法，

12、明確分裂能、晶體場穩(wěn)定化能 等概念，掌握正八面體場和正四面體場 d 軌道能級分裂方式和晶體場穩(wěn)定化能的計算， 掌握分 裂能的影響因素。 （講課 3 學時 ）4）明確產生姜一泰勒效應的原因。了解配位體的分子軌道理論，了解n配鍵、回饋n鍵 及其作用。掌握休格爾分子軌道理論的基本要點，掌握離域n鍵的類型和形成條件，掌握電荷 密度、鍵級和自由價的計算。 （講課 3 學時） 重點：理解配位化合物的價鍵理論、配位場理論和分子軌道理論。難 點：配位化合物的價鍵理論。習 題：氫分子離子薛定諤方程的建立方法。正四面體場 d 軌道能級分裂方式。第 4 部分分子光譜總學時 （ 單位：學時 ） ：2 講課： 2 實驗： 0上機： 0具體內容：1） 了解分子光譜的構成和表示方法，了解雙原子分子轉動光譜和振動光譜的量子力學 處理 方法，掌握轉動光譜和振動光譜的能級計算方法，