《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)大綱（供應(yīng)用化學(xué)專業(yè)使用）一、 課程性質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)是應(yīng)用化學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程是在學(xué)生已經(jīng)學(xué)過高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)和物理化學(xué)的基礎(chǔ)上，在進一步從原子、分子的水平上研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系的學(xué)科。要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)的基本原理、基本方法與基本技能，通過各個教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、獨立分析和創(chuàng)新的能力，使之具有一定的分析和解決化學(xué)方面實際問題的能力，從而為進一步學(xué)好專業(yè)課程及今后從事科學(xué)研究，奠定良好的化學(xué)理論基礎(chǔ)?？紤]到應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方向，本課程在內(nèi)容的選材上突出了基礎(chǔ)和實用性。選擇了化學(xué)鍵理論，原子結(jié)構(gòu)，晶體化學(xué)等為主要內(nèi)容，

2、使學(xué)生通過對化學(xué)鍵理論的學(xué)習(xí)，為深入學(xué)習(xí)有關(guān)的知識打下基礎(chǔ)，通過對晶體組成結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的學(xué)習(xí)，為材料科學(xué)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本課程理論講授共54學(xué)時，3學(xué)分。理論教學(xué)主要通過課堂講授，多媒體影視課件、習(xí)題課(或課堂討論)、演算習(xí)題、自學(xué)及實驗等教學(xué)形式，達到學(xué)習(xí)本課程的目的。二、教學(xué)內(nèi)容與要求量子力學(xué)基礎(chǔ)和原子結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容在第一三章中講授。要求了解量子力學(xué)的基本假設(shè)，掌握氫原子的薛定諤方程及求解要點，提高對原子結(jié)構(gòu)的認識，深入理解原子軌道的意義、性質(zhì)和空間圖象。了解多電子原子中心力場近似法及He原子的變分法處理，了解核外電子排布的依據(jù)，了解角動量的偶合及原子光譜的意義。 化學(xué)鍵理論和分子

3、結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容主要在第五章中講授。要求重點掌握化學(xué)鍵的三個基本理論：分子軌道理論、價鍵理論和配位場理論。要求掌握價鍵理論在多原子分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，了解SP雜化軌道的組成及鍵角公式。掌握HMO方法及其在共軛分子中的應(yīng)用，了解前線軌道理論。要求掌握配位場理論在配合物結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，以及s - p 配鍵配合物和多原子p 鍵配合物的結(jié)構(gòu)。 點陣理論和晶體結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容主要在第四、六、七章中講授。要求掌握晶體周期性結(jié)構(gòu)的特點及由此特點決定晶體的各種性質(zhì)。了解單晶、多晶衍射法的基本原理，了解金屬、離子化合物、分子化合物等各類晶體結(jié)構(gòu)的基本型式及規(guī)律。 緒論結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的任務(wù)、內(nèi)容、在現(xiàn)代化學(xué)各學(xué)科中的應(yīng)

4、用及學(xué)習(xí)方法(1學(xué)時)第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ)知識 教學(xué)要點: 從黑體輻射、光電效應(yīng)、電子衍射三個基本實驗事實出發(fā)，得出了光和實物微粒具有波粒二象性這一基本特性。由微觀粒子的波動性獲得測不準關(guān)系式，它表明微觀粒子沒有同時確定的坐標和動量，要用波動力學(xué)來描述，根據(jù)微觀粒子能量量子化和波動性，在許多科學(xué)家大量工作總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了作為量子力學(xué)理論基礎(chǔ)的若干基本假設(shè)，在此基礎(chǔ)上以一維勢箱粒子為實例，介紹了量子力學(xué)解決問題的途徑和方法。本章許多基本概念抽象難懂，但它是后面原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)各章學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，必須重視。不少學(xué)生對結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)感到困難與量子力學(xué)基礎(chǔ)中一些基本概念，特別是幾個基本假設(shè)沒有深入理

5、解很有關(guān)系，建議同學(xué)們在基本概念的理解上多花點功夫。 教學(xué)時數(shù): 課堂講授8學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容: 1-1 實物微粒的波粒二象性1-2 微觀粒子的運動狀態(tài)及其運動規(guī)律1-3 量子力學(xué)基本假設(shè)1-4勢箱中運動的粒子共軛分子的自由電子模型考核要求:了解：黑體輻射，光電效應(yīng)，氫原子光譜的基本現(xiàn)象； Planck量子假設(shè)，Einstein光子學(xué)說和Bhor原子結(jié)構(gòu)理論的基本內(nèi)容；測不準原理的涵義并能用于判斷客體運動符合量子力學(xué)還是經(jīng)典力學(xué)；。 理解：波函數(shù)的基本涵義和性質(zhì)，及態(tài)疊加原理的意義；Schrodinger方程的建立過程及其物理涵義；量子力學(xué)用于微觀體系的一般步驟；量子力學(xué)處理一維勢箱粒子（能量量子

6、化現(xiàn)象，零點能效應(yīng)，節(jié)點現(xiàn)象，隧道效應(yīng)）。 掌握：微觀粒子波粒二象形的本質(zhì)及其統(tǒng)計解釋；算符的基本概念；本征函數(shù)，本征值和本征態(tài)的概念；力學(xué)量平均值計算，量子力學(xué)的基本假設(shè)。 第二章 原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 教學(xué)要點: 求解薛定諤方程初學(xué)者往往感到數(shù)學(xué)復(fù)雜，實際上結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課并不要求對該方程完整求解，關(guān)鍵在于搞清解的基本思路就可以了。按勢能函數(shù)球極坐標Laplace算符Schrodidger方程變量分離得常微分方程解方程得n、l、m量子數(shù)，能級表達式和波函數(shù)這樣的思路進行理解。量子數(shù)的物理意義與用量子數(shù)求相應(yīng)物理量有關(guān)，物理量各表式來源子量子力學(xué)，主要在于理解物理意義。應(yīng)多花功夫深入理解波函數(shù)和電

7、子云2的圖形，特別是經(jīng)向分布圖和原子軌道等值線圖和角度分布圖的作圖方法和圖形的物理意義，其余部分主要在于理解基本概念和量子力學(xué)基本假設(shè)有關(guān)的各種計算教學(xué)時數(shù): 課堂講授10學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容: 2-1 單電子原子的薛定諤方程及其解 2-2 量子數(shù)及其意義 2-3 波函數(shù)和電子云的圖形 2-4 多電子原子的結(jié)構(gòu) 2-5 原子光譜 考核要求: 了解:自洽場方法的基本思想；Zeemann效應(yīng)；中心立場近似和屏蔽模型的物理意義。 理解：氫原子的Schrodinger方程的求解過程；能量狀態(tài)和Virial定理；原子狀態(tài)和角動量加和規(guī)則的物理涵義；原子光譜選律及其在堿金屬原子中的應(yīng)用；正確理解元素周期律的本質(zhì)

8、和核外電子排布規(guī)律。 掌握：量子力學(xué)討論微觀體系的方法和步驟；氫原子Schrodinger方程解的物理意義（量子數(shù)n，l，m，原子軌道及其表示方法，波函數(shù)和電子云的圖象及其特征）；電子自旋假設(shè)的基本涵義，Pauli原理的物理意義，單電子假設(shè)的基本思想及其在處理多電子體系中的作用；正確書寫原子光譜項的方法。第三章 雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 教學(xué)要點: 由分子體系中Schrodinger方程解得的波函數(shù)，反映了分子體系中單電子的運動狀態(tài)，稱為分子軌道，本章討論的許多內(nèi)容均與該概念有關(guān)，因此必須結(jié)合量子力學(xué)基本假設(shè)進一步深入理解分子軌道概念，同時還應(yīng)把分子軌道與變分原理結(jié)合理解。變分法用原子軌道線性組

9、合近似表示分子軌道，利用求極值方法調(diào)節(jié)組合系數(shù)，求得能量最低時對應(yīng)的波函數(shù)（分子軌道）和相應(yīng)的能量表達式，對線性變分原理有完整正確的理解，才能對分子軌道理論的由來有正確的理解，因為這部分內(nèi)容較抽象難懂，學(xué)習(xí)過程中應(yīng)細心領(lǐng)會，每學(xué)一節(jié)，首先想一想，它要回答什么問題，分子軌道的分布特點和分類，要認真分析分子軌道示意圖的特點以及它與各種化學(xué)鍵之間的聯(lián)系。 教學(xué)時數(shù): 課堂講授8學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容: 3-1 H2+的結(jié)構(gòu)和共價鍵的本質(zhì) 3-2 分子軌道理論 3-3雙原子分子的結(jié)構(gòu)考核要求： 理解：Born-ppnheimer近似的物理意義；線性變分法對雙原子分子的應(yīng)用。 掌握：分子軌道理論處理H2+分子的

10、基本假設(shè)（變分函數(shù)的構(gòu)成）和主要結(jié)論（Haa，Hbb，Sab的物理意義，體系能量曲線，電子云分布）；分子軌道理論的基本要點（單電子近似，LCAO-MO方法，成鍵三原則）；分子軌道的類型，符號能級次序及電子的排布規(guī)則；分子軌道理論處理雙原子分子結(jié)構(gòu)的一般過程和重要結(jié)論；能正確給出分子鍵級、磁性等；學(xué)會利用分子光譜光和電子能譜的信息判斷分子結(jié)構(gòu)及成鍵性質(zhì)。 第四章 分子的對稱性 教學(xué)要點: 要確定分子的點群，首先必須知道分子的空間結(jié)構(gòu)，再根據(jù)空間結(jié)構(gòu)找出分子全部獨立的對稱元素。對于較復(fù)雜的分子，根據(jù)空間結(jié)構(gòu)確定對稱元素，要憑空間想象來進行，具有一定的困難，往往是獨立的對稱元素找不完全。為了克服學(xué)習(xí)

11、中的困難，學(xué)習(xí)過程中應(yīng)當(dāng)借助分子結(jié)構(gòu)模型來確定對稱元素，注意掌握各類點群對稱元素的特點。 教學(xué)時數(shù): 課堂講授4學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容: 4-1 對稱操作和對稱元素 4-2 對稱操作群與對稱元素的組合 4-3 分子的點群 4-4 分子對稱性與偶極矩和旋光性的關(guān)系 考核要求： 理解：對稱操作的組合規(guī)則和對易規(guī)則，熟悉群的基本概念；分子對稱性和分子物理性質(zhì)之間的關(guān)系（偶極距，旋光性）。 掌握：對稱元素和對稱操作的基本概念（恒等，旋轉(zhuǎn)，反映，象轉(zhuǎn)，反演）；分子點群的分類方法。 第五章 多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 教學(xué)要點: 多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與雙原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)兩章之間有較緊密的聯(lián)系，學(xué)習(xí)本章必須對第三章中線

12、性變分原理和分子軌道理論的基本要點有完整的理解，在此基礎(chǔ)上就容易深入領(lǐng)會HMO法的基本假定和處理方法，掌握共軛分子體系的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 教學(xué)時數(shù): 課堂講授10學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容: 5-1簡單分子軌道理論 5-2 價鍵理論簡介5-3 雜化軌道理論 5-4離域分子軌道理論 5-5配位場理論5-6 分子軌道的對稱性及反應(yīng)機理考核要求： 理解：雜化軌道波函數(shù)的構(gòu)造方法，Huckle處理共扼有機分子時引進的假設(shè)等 掌握：雜化軌道理論的基本要點，以及等性和不等性雜化軌道的計算方法；Huckle分子軌道理論的基本要點及對共扼有機分子和簡單無機分子的處理方法；大P 鍵的概念，類型及形成條件；用Huckle分子軌道

13、理論計算分子圖的方法和分子圖中各數(shù)據(jù)的物理意義。 第六 章 晶體結(jié)構(gòu) 基本要求： 掌握晶體結(jié)構(gòu)的點陣理論和晶體對稱性的知識，了解X射線衍射法的原理及應(yīng)用。掌握解金屬晶體，離子晶體，共價晶體，分子型晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，掌握常見而重要的若干晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 教學(xué)要點： 1晶體結(jié)構(gòu)的周期性和點陣。 2晶體的對稱元素和對稱操作。 3晶胞的定義。 47個晶系。 5晶體學(xué)點群。 6點陣點指標、晶棱指標、晶面指標。 教學(xué)時數(shù): 課堂講授10學(xué)時教學(xué)內(nèi)容與考核要求： 6-1晶體結(jié)構(gòu)的周期性6-2 晶體的宏觀對稱性 6-3 晶體的定向和晶面符號6-4晶體的微觀對稱性6-5 晶體的230個空間群6-6 離子晶體6

14、-7共價晶體、分子晶體、和混合鍵型晶體6-8 共價半徑、原子半徑、離子半徑第七章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法簡介教學(xué)要點:了解測定分子和晶體結(jié)構(gòu)的實驗方法。著重了解分子光譜、X射線衍射等方法所依據(jù)的基本原理，以及這些方法在測定結(jié)構(gòu)中的作用和應(yīng)用范圍，為了解與掌握現(xiàn)代化學(xué)中的重要實驗方法打下初步的基礎(chǔ)。教學(xué)時數(shù): 課堂講授4學(xué)時 教學(xué)內(nèi)容: 7-1 X射線衍射分析7-2 分子光譜 考核要求： 理解：分子光譜、X射線衍射等方法所依據(jù)的基本原理。 掌握：一些簡單光譜實驗的應(yīng)用。 三、教學(xué)時數(shù)分配本課程總學(xué)時為54學(xué)時課程內(nèi)容. . . 學(xué)時 緒論. 1第 一 章 量子力學(xué)基礎(chǔ)知識. 8第 二 章 原子的結(jié)構(gòu)和

15、性質(zhì). 10第 三 章 雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì). 8第 四 章 分子的對稱性. 4第 五 章 多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì).10第 六 章 晶體結(jié)構(gòu). .10第 七 章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法. .3 四、教學(xué)方式 采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的方式；以課堂講授為主，并配合模型實習(xí)、課堂討論等形式。講授過程中插入練習(xí)或思考題、使學(xué)生不會因信息量太大而難于接受。在課堂講授、作業(yè)、習(xí)題課、輔導(dǎo)答疑、考試等教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，把最新的科研成果納入教學(xué)內(nèi)容之中；著力改革教學(xué)方法，既教學(xué)生知識又教學(xué)生獲取知識的方法，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生科學(xué)的思維方法，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，幫助和啟發(fā)學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)，刻苦鍛煉，提高分析問題和解決問題的能力。五、考核方式 期末閉卷考試 參考書目：1.周公度，段連運結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)(第四版)，北京大學(xué)出版社20082.林夢海等編，結(jié)構(gòu)化學(xué) (第二版)，北京: 科學(xué)出版社，20083.李炳瑞編著，結(jié)構(gòu)化學(xué)，北京:. 高等教育出版社，20044. 李奇等主編結(jié)構(gòu)化學(xué))，北京師范大學(xué)出版社2008