结构化学教学大纲3.doc

结构化学教学大纲 课程名称：结构化学 课程编码：英文名称：Structural Chemistry 学 时：48学时 学 分：3学分开课学期：第六学期适用专业：应用化学课程类别：必修课程性质：专业基础课先修课程：无机化学、有机化学、物理化学一、说明 1、课程的性质、地位和任务 结构化学是研究原子 、分子和晶体的微观结构，研究原子和分子运动规律，研究物质的结构和性能关系的科学，是化学的一个重要分支。这里所指的结构和运动规律，涉及原子和分子层次的空间排布，涉及微观粒子所遵循的量子力学规律，它包括原子中电子的分布和能级组合、分子的化学组成、分子的空间构型和构象、分子中电子的分布、化学键的性质和分子的能量状态、晶体中原子的空间排布、晶体的能量状态等内容。结构化学根据结构决定性能、性能反应结构的基本原则，探讨物质的结构与性能间的关系。本课程主要探讨物质的静态结构，其任务是使学生掌握微观物质运动的基本规律，获得原子、分子及晶体结构的基本理论、基础知识，了解物质的结构与性能关系，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理，加深对前修课程，如无机化学、有机化学等的有关内容的理解，为后续课程的学习打下必要的基础； 2、课程教学的基本要求和目的 本课程适宜安排在修完高等数学、大学物理、无机化学等有关基础课课程之后开设，内容上注意与无机化学的衔接和数学、物理结论的应用，并避免不必要的重复。通过本课程的学习，培养学生能从物质结构与物质性质（性能）相互关系的基本规律出发，提高分析和解决问题的能力。要求教师在备课过程中，广泛阅读有关资料，紧跟学科的发展，随时补充新的内容，使学生了解本学科的重要进展和发展前沿。 3、课程教学方法及改革： 在有限的学时内，尽可能传授给学生有关本学科的知识，运用多媒体等现代化教学手段，加强教学方法的启发性、针对性和实效性，将“接受学习”和“发现学习”有机结合起来，改“单向式”为“双向式”，使学生变“被动”为“主动”、引导学生由“学会”到“会学”和“会用”，注重培养学生获取知识的能力和创新意识。 二、教学大纲内容 附有“*”的内容不作要求 绪论（1学时） 教学内容：（1）结构化学课程的任务；（2）结构化学的内容；（3）学习方法 第一章 量子力学基础知识（6学时）教学目的和要求：了解经典力学的内容，了解与经典物理相矛盾的实验现象，从而理解旧量子理论的诞生的必要性，较系统滴了解旧量子理论的内容，了解它的优缺点，理解当代量子理论的诞生的必要性。教学重点：与经典物理学理论相矛盾的实验现象，旧量子理论的内容与优缺点。量子力学的基本假设，氢原子的薛定谔方程及求解要点。教学难点：新概念较多，逐一对新的概念讲细讲透，氢原子的薛定谔方程求解要点。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：1.1 微观粒子的运动特征 1.2 量子力学基本假设 1.3 角动量本征方程及其解 1.4 薛定谔方程及其解 第二章 原子的结构和性质（8学时）教学目的和要求：了解当代量子力学研究院子结构的基本步骤，对简单的氢原子进行量子化的处理，从中掌握量子化学的基本原理，对以后处理复杂原子体系做理论准备。教学重点：原子结构的认识，原子轨道的意义、性质和空间图象，波函数和电子云的图形和原子光谱项，氢原子薛定谔方程的建立、解法和对其的解释。教学难点：多电子原子中心力场近似法及He原子的变分法处理，数学计算繁杂，教学时避免从数学讲数学，应对数学结果做深入的分享，对繁杂的数学国产能避开就避开。对新概念讲细讲透。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。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 元素周期表与元素周期性质 2.6 原子光谱 第三章 共价键和双原子分子的结构化学（8学时）教学目的和要求：以H2+和H2的量子力学处理为基础,使学生掌握简单分子轨道理论和价键理论的理论基础和基本的概念。学会用分子轨道理论讨论常见同核、异核双原子分子的结构，清楚共价键的本质。教学重点：分子轨道理论、价键理论，分子光谱，线性变分法处理H2+ 和H2，共价键本质及典型的双原子分子的电子排布。教学难点：线性变分法处理H2+ 和H2，分子轨道理论。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：3.1 H2+的结构和共价键的本质 3.2 分子轨道理论双原子分子的结构 3.3 异核及双原子分子的结构 3.4 H2分子的结构和价键理论 3.5 分子光谱 3.6 光电子能谱第四章 分子的对称性（7学时）教学目的和要求：通过分子对称性学习，使学生对分子点群有一系统了解，掌握群的定义，分子点群具有对称元素：对称轴、对称中心、对称面和映转轴。了解分子点群的分类，能判断常见分子所属的对称点群及包含的对称元素，能分析分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。教学重点： 群的定义-满足以下4个要素：具有恒等元素、逆元素、封闭性和满足乘法分配律的集合称为群。 分子点群具有对称元素：旋转轴、对称面、对称中心和映转轴。 分子对称点群可分为Cn、Cnv、Cnh、Dn、Dnh、Dnd、Sn及高阶群T、Td、Th、O、Oh、I、Ih等 。分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。教学难点：对称操作与对称元素组合，分子点群，分子对称性、偶极矩和极化率。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。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 分子的偶极矩和极化率 4.5 分子的对称性和旋光性 *4.6 群的表示 第五章 多原子分子的结构和性质（7学时）教学目的和要求：掌握价电子对互斥理论（VSEPR）， 杂化轨道理论和离域分子轨道理论，HMO方法及其在共轭分子中的应用，前线轨道理论，范德华引力等分子间作用力的本质。对常见多原子分子所包含的化学键（包括定域单、双键，离域键，缺电子、多电子键，配位键，金属多重键，氢键等），能作出正确的判断，从而可推测其几何结构和化学性质。教学重点：价电子对互斥理论（VSEPR）， 杂化轨道理论和离域分子轨道理论，HMO方法及其在共轭分子中的应用，前线轨道理论，范德华引力等分子间作用力的本质。教学难点：HMO方法及其在共轭分子中的应用，前线轨道理论。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：5.l 价电子对互斥理论（VSEPR） 5.2 杂化轨道理论和离域分子轨道理论 5.3 HMO法 5.4 离域键和共扼效应 5.5 分子轨道对称性和反应机理 5.6 共价键的键长和键能 5.7 分子间作用力和分子形状 *5.8 核磁共振谱 第六章 配位化合物的结构和性质（5学时）教学目的和要求：理解分子轨道图形理论的基本思想；原子簇化合物的基本特征和结构规则。掌握：晶体场理论的基本思想和晶体场稳定化能的计算方法；中央金属离子和配体对分裂能的影响；配位化合物的结构特征和Jahn-Teller效应；配位化合物分子轨道理论的基本内容，和配键的成键过程及有关配位化合物的基本特征，以及配键的形成对配合物性质的影响。教学重点：配位场理论在配合物结构中的应用，以及 - 配键配合物和多原子 键配合物的结构。教学难点：原子簇化合物的结构与性质。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：6.l 配位场理论要点 6.2配键与有关配合物的结构和性质 6.3 原子簇化合物的结构与性质 第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质（6学时）教学目的和要求：掌握晶体所具有的周期性结构与它的点阵表示，了解晶体对称性与空间群，掌握晶体衍射中方向和强度的决定因素。教学重点：晶体的对称性，晶体的结构的表达和应用，晶体的点群和群符号，晶体的X射线衍射原理。教学难点：晶体的结构的表达和应用，晶体的X射线衍射原理。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：7.1 晶体结构的周期性和点阵 4 7.2 晶体的对称性 7.3 晶体的结构表达和应用 7.4 晶体的点群和群符号 7.5 晶体的X射线衍射原理 第八章 金属的结构和性质（2学时）教学目的和要求：了解金属价键理论，掌握等径球密堆积原理和金属单质的主要结构A1、A2、A3、A4,了解合金结构分类并掌握一些典型合金化合物，了解晶态、非晶态、准晶态之间的区别。教学重点：金属键理论，金属的性质。教学难点：球的密堆积和金属单质的结构。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：8.1 金属的性质和金属键 8.2 球的密堆积和金属单质的结构 8.3 合金的结构和性质 第九章 离子化合物的结构化学（2学时）教学目的和要求：掌握典型离子晶体结构、离子半径比与配位多面体，离子极化对晶体晶型的影响，了解Pauling规则与多元离子化合物。教学重点：离子键，离子半径，点阵能和典型离子化合物的结构。教学难点：点阵能的计算。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：9.1 离子键和点阵能 9.2 离子半径 9.3 离子配位多面体及其连接方式 9.4 若干典型离子化合物的结构 9.5 硅酸盐的结构化学 第十章 次级键和超分子结构化学（2学时）教学目的和要求：介绍各种次级键（非常规化学键）的种类、强度、性质等作较为全面，了解次级键对物质聚集状态、物理化学性质影响，了解利用次级键实现分子组装的成功范例。教学重点：各种次级键（非常规化学键）的种类、强度、性质。教学难点：次级键的形态、种类、强度和性质的关系。教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。教学内容：10.l 非金属元素的结构特征 10.2 硼烧及其有关化合物的结构 10.3 氢的结构化学 三、本课程考试方法 采用闭卷办法考核学生掌握知识的情况和运用所学知识去分析问题、解决问题的能力，成绩评定包括小测验、提问和发问、小结、作业、设计方案、综述论文、期中考试和期末考试，在教与学两方面把“过程”与“终结”有机地结合起来。 四、教材与主要参考书 教材： 周公