结构化学教学大纲.docx

结构化学教学大纲.docx

《结构化学教学大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构化学教学大纲.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

结构化学教学大纲

结构化学-教学大纲（总14页）

《结构化学》课程教学大纲

（供应用化学专业使用）

一、课程性质

结构化学是应用化学的专业基础课。

本课程是在学生已经学过高等数学、物理学、无机化学、分析化学、有机化学和物理化学的基础上，在进一步从原子、分子的水平上研究物质微观结构以及结构与性能间的关系的学科。

要求学生系统地掌握结构化学的基本原理、基本方法与基本技能，通过各个教学环节培养学生独立思考、独立分析和创新的能力，使之具有一定的分析和解决化学方面实际问题的能力，从而为进一步学好专业课程及今后从事科学研究，奠定良好的化学理论基础。

考虑到应用化学专业的培养方向，本课程在内容的选材上突出了基础和实用性。

选择了化学键理论，原子结构，晶体化学等为主要内容，使学生通过对化学键理论的学习，为深入学习有关的知识打下基础，通过对晶体组成结构与性能之间关系的学习，为材料科学的学习打下基础。

本课程理论讲授共54学时，3学分。

理论教学主要通过课堂讲授，多媒体影视课件、习题课（或课堂讨论）、演算习题、自学及实验等教学形式，达到学习本课程的目的。

二、教学内容与要求

量子力学基础和原子结构。

这部分内容在第一～三章中讲授。

要求了解量子力学的基本假设，掌握氢原子的薛定谔方程及求解要点，提高对原子结构的认识，深入理解原子轨道的意义、性质和空间图象。

了解多电子原子中心力场近似法及He原子的变分法处理，了解核外电子排布的依据，了解角动量的偶合及原子光谱的意义。

化学键理论和分子结构。

这部分内容主要在第五章中讲授。

要求重点掌握化学键的三个基本理论：

分子轨道理论、价键理论和配位场理论。

要求掌握价键理论在多原子分子结构中的应用，了解S－P杂化轨道的组成及键角公式。

掌握HMO方法及其在共轭分子中的应用，了解前线轨道理论。

要求掌握配位场理论在配合物结构中的应用，以及s-p配键配合物和多原子p键配合物的结构。

点阵理论和晶体结构。

这部分内容主要在第四、六、七章中讲授。

要求掌握晶体周期性结构的特点及由此特点决定晶体的各种性质。

了解单晶、多晶衍射法的基本原理，了解金属、离子化合物、分子化合物等各类晶体结构的基本型式及规律。

绪论

结构化学课程的任务、内容、在现代化学各学科中的应用及学习方法（1学时）

第一章量子力学基础知识

教学要点:

从黑体辐射、光电效应、电子衍射三个基本实验事实出发，得出了光和实物微粒具有波粒二象性这一基本特性。

由微观粒子的波动性获得测不准关系式，它表明微观粒子没有同时确定的坐标和动量，要用波动力学来描述，根据微观粒子能量量子化和波动性，在许多科学家大量工作总结的基础上，提出了作为量子力学理论基础的若干基本假设，在此基础上以一维势箱粒子为实例，介绍了量子力学解决问题的途径和方法。

本章许多基本概念抽象难懂，但它是后面原子结构和分子结构各章学习的基础，必须重视。

不少学生对结构化学的学习感到困难与量子力学基础中一些基本概念，特别是几个基本假设没有深入理解很有关系，建议同学们在基本概念的理解上多花点功夫。

教学时数:

课堂讲授8学时

教学内容:

1-1实物微粒的波粒二象性

1-2微观粒子的运动状态及其运动规律

1-3量子力学基本假设

1-4势箱中运动的粒子—共轭分子的自由电子模型

考核要求:

了解：

黑体辐射，光电效应，氢原子光谱的基本现象；Planck量子假设，Einstein光子学说和Bhor原子结构理论的基本内容；测不准原理的涵义并能用于判断客体运动符合量子力学还是经典力学；。

理解：

波函数的基本涵义和性质，及态叠加原理的意义；Schrodinger方程的建立过程及其物理涵义；量子力学用于微观体系的一般步骤；量子力学处理一维势箱粒子（能量量子化现象，零点能效应，节点现象，隧道效应）。

掌握：

微观粒子波粒二象形的本质及其统计解释；算符的基本概念；本征函数，本征值和本征态的概念；力学量平均值计算，量子力学的基本假设。

第二章原子的结构和性质

教学要点:

求解薛定谔方程初学者往往感到数学复杂，实际上结构化学这门课并不要求对该方程完整求解，关键在于搞清解的基本思路就可以了。

按势能函数→球极坐标Laplace算符→Schrodidger方程→变量分离得常微分方程→解方程得n、l、m量子数，能级表达式和波函数这样的思路进行理解。

量子数的物理意义与用量子数求相应物理量有关，物理量各表式来源子量子力学，主要在于理解物理意义。

应多花功夫深入理解波函数ψ和电子云ψ2的图形，特别是经向分布图和原子轨道等值线图和角度分布图的作图方法和图形的物理意义，其余部分主要在于理解基本概念和量子力学基本假设有关的各种计算

教学时数:

课堂讲授10学时

教学内容:

2-1单电子原子的薛定谔方程及其解

2-2量子数及其意义

2-3波函数和电子云的图形

2-4多电子原子的结构

2-5原子光谱

考核要求:

了解:

自洽场方法的基本思想；Zeemann效应；中心立场近似和屏蔽模型的物理意义。

理解：

氢原子的Schrodinger方程的求解过程；能量状态和Virial定理；原子状态和角动量加和规则的物理涵义；原子光谱选律及其在碱金属原子中的应用；正确理解元素周期律的本质和核外电子排布规律。

掌握：

量子力学讨论微观体系的方法和步骤；氢原子Schrodinger方程解的物理意义（量子数n，l，m，原子轨道及其表示方法，波函数和电子云的图象及其特征）；电子自旋假设的基本涵义，Pauli原理的物理意义，单电子假设的基本思想及其在处理多电子体系中的作用；正确书写原子光谱项的方法。

第三章双原子分子的结构和性质

教学要点:

由分子体系中Schrodinger方程解得的波函数ψ，反映了分子体系中单电子的运动状态，称ψ为分子轨道，本章讨论的许多内容均与该概念有关，因此必须结合量子力学基本假设进一步深入理解分子轨道概念，同时还应把分子轨道与变分原理结合理解。

变分法用原子轨道线性组合近似表示分子轨道，利用求极值方法调节组合系数，求得能量最低时对应的波函数（分子轨道）和相应的能量表达式，对线性变分原理有完整正确的理解，才能对分子轨道理论的由来有正确的理解，因为这部分内容较抽象难懂，学习过程中应细心领会，每学一节，首先想一想，它要回答什么问题，分子轨道的分布特点和分类，要认真分析分子轨道示意图的特点以及它与各种化学键之间的联系。

教学时数:

课堂讲授8学时

教学内容:

3-1H2+的结构和共价键的本质

3-2分子轨道理论

3-3双原子分子的结构

考核要求：

理解：

Born-ppnheimer近似的物理意义；线性变分法对双原子分子的应用。

掌握：

分子轨道理论处理H2+分子的基本假设（变分函数的构成）和主要结论（Haa，Hbb，Sab的物理意义，体系能量曲线，电子云分布）；分子轨道理论的基本要点（单电子近似，LCAO-MO方法，成键三原则）；分子轨道的类型，符号能级次序及电子的排布规则；分子轨道理论处理双原子分子结构的一般过程和重要结论；能正确给出分子键级、磁性等；学会利用分子光谱光和电子能谱的信息判断分子结构及成键性质。

第四章分子的对称性

教学要点:

要确定分子的点群，首先必须知道分子的空间结构，再根据空间结构找出分子全部独立的对称元素。

对于较复杂的分子，根据空间结构确定对称元素，要凭空间想象来进行，具有一定的困难，往往是独立的对称元素找不完全。

为了克服学习中的困难，学习过程中应当借助分子结构模型来确定对称元素，注意掌握各类点群对称元素的特点。

教学时数:

课堂讲授4学时

教学内容:

4-1对称操作和对称元素

4-2对称操作群与对称元素的组合

4-3分子的点群

4-4分子对称性与偶极矩和旋光性的关系

考核要求：

理解：

对称操作的组合规则和对易规则，熟悉群的基本概念；分子对称性和分子物理性质之间的关系（偶极距，旋光性）。

掌握：

对称元素和对称操作的基本概念（恒等，旋转，反映，象转，反演）；分子点群的分类方法。

第五章多原子分子的结构和性质

教学要点:

多原子分子的结构和性质与双原子结构和性质两章之间有较紧密的联系，学习本章必须对第三章中线性变分原理和分子轨道理论的基本要点有完整的理解，在此基础上就容易深入领会HMO法的基本假定和处理方法，掌握共轭分子体系的结构和性质。

教学时数:

课堂讲授10学时

教学内容:

5-1简单分子轨道理论

5-2价键理论简介

5-3杂化轨道理论

5-4离域分子轨道理论

5-5配位场理论

5-6分子轨道的对称性及反应机理

考核要求：

理解：

杂化轨道波函数的构造方法，Huckle处理共扼有机分子时引进的假设等

掌握：

杂化轨道理论的基本要点，以及等性和不等性杂化轨道的计算方法；Huckle分子轨道理论的基本要点及对共扼有机分子和简单无机分子的处理方法；大P键的概念，类型及形成条件；用Huckle分子轨道理论计算分子图的方法和分子图中各数据的物理意义。

第六章晶体结构

基本要求：

    掌握晶体结构的点阵理论和晶体对称性的知识，了解X射线衍射法的原理及应用。

掌握解金属晶体，离子晶体，共价晶体，分子型晶体的结构和性质，掌握常见而重要的若干晶体的结构和性质。

教学要点：

   1．晶体结构的周期性和点阵。

   2．晶体的对称元素和对称操作。

   3．晶胞的定义。

   4．7个晶系。

   5．晶体学点群。

   6．点阵点指标、晶棱指标、晶面指标。

教学时数:

课堂讲授10学时

教学内容与考核要求：

6-1晶体结构的周期性

6-2晶体的宏观对称性

6-3晶体的定向和晶面符号

6-4晶体的微观对称性

6-5晶体的230个空间群

6-6离子晶体

6-7共价晶体、分子晶体、和混合键型晶体

6-8共价半径、原子半径、离子半径

第七章物质结构分析方法简介

教学要点:

了解测定分子和晶体结构的实验方法。

着重了解分子光谱、X射线衍射等方法所依据的基本原理，以及这些方法在测定结构中的作用和应用范围，为了解与掌握现代化学中的重要实验方法打下初步的基础。

教学时数:

课堂讲授4学时

教学内容:

7-1X射线衍射分析

7-2分子光谱

考核要求：

理解：

分子光谱、X射线衍射等方法所依据的基本原理。

掌握：

一些简单光谱实验的应用。

三、教学时数分配

本课程总学时为54学时

——————————————————————————————————————

课程内容..................................................学时

——————————————————————————————————————

绪论...........................................................1

第一章量子力学基础知识......................................8

第二章原子的结构和性质......................................10

第三章双原子分子的结构和性质................................8

第四章分子的对称性..........................................4

第五章多原子分子的结构和性质................................10

第六章晶体结构.............................................10

第七章物质结构分析方法.....................................3

——————————————————————————————————————

四、教学方式

采用多媒体教学与传统教学相结合的方式；以课堂讲授为主，并配合模型实习、课堂讨论等形式。

讲授过程中插入练习或思考题、使学生不会因信息量太大而难于接受。

在课堂讲授、作业、习题课、辅导答疑、考试等教学的各个环节，把最新的科研成果纳入教学内容之中；着力改革教学方法，既教学生知识又教学生获取知识的方法，培养和锻炼学生科学的思维方法，提高学生的科学思维能力，帮助和启发学生勤奋学习，刻苦锻炼，提高分析问题和解决问题的能力。

五、考核方式

期末闭卷考试

参考书目：

1.周公度，段连运《结构化学基础》（第四版），北京大学出版社2008

2.林梦海等编，《结构化学》（第二版），北京:

科学出版社，2008

3.李炳瑞编著，《结构化学》，北京:

.高等教育出版社，2004

4.李奇等主编《结构化学》），北京师范大学出版社2008

5.东北师范大学等编，《结构化学》，北京:

高等教育出版社，2003

6.潘道恺等《物质结构》（第二版），高等教育出版社1989

7.唐作华《基础结构化学》，四川大学出版社1994

8.郭用猷《结构化学》，山东大学出版社1998

9.江元生《结构化学》，高等教育出版社1997

12.徐光宪《物质结构》（第二版），高等教育出版社1987

13.范康年，邓景发《物理化学》（第2版），高等教育出版社2005年

14.范康年《物理化学学习指导》，复旦大学出版社1996

15.周公度《结构化学习基础题解析》（第三版），北京大学出版社2002