2015第一学期专业基础课课程大纲之结构化学.doc

结构化学 Structural Chemistry【课程编号】BJ27116【课程类别】专业基础课【学分数】4.5【先修课程】高等数学、普通物理、化学原理【学时数】72【编写日期】2010年5月【适用专业】化学，应用化学 一、教学目的、任务 本课程是化学专业和应用化学专业的一门基础课, 其主要的任务是引导学生系统学习微观体系的内容,获得原子、分子和晶体结构的基础理论、基础知识,了解物质结构与性能的相互关系, 了解研究分子和晶体结构的近代物理方法, 加深对先行课程有关内容的理解, 为今后的学习及科学研究打下量子力学基础、对称性基础和晶体学基础. 通过本课程的学习, 提高学生运用物质结构的原理和方法来分析问题和解决问题的能力, 进一步培养学生的辩证唯物主义世界观. 二、课程教学的基本要求 本课程主要包括以下四部分内容, 各部分内容的基本要求如下: 1、 量子理论和原子结构: 要求了解微观体系的运动特征和量子力学的基本假设, 通过箱中粒子模型的求解和应用理解量子力学的基本概念; 掌握氢原子和类氢离子的薛定谔方程及求解要点,理解量子数的物理意义, 了解原子轨道的意义, 性质和空间图象. 通过学习对氦原子的变分法处理和多电子原子的中心力场模型, 了解核外电子分布的依据, 了解角动量的耦合及原子光谱项的意义. 2、 化学键理论和分子结构: 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. 掌握线性变分法处理H2+和H2的思想, 了解共价键的本质及典型的双原子分子的电子排布; 了解价键理论在多原子分子中的应用, 及s-p杂化轨道的构造方法和键角公式. 掌握HMO法及其在共轭分子中的应用, 了解前线轨道理论和轨道对称性守恒原理及其应用. 了解配位场理论在配位化合物结构中的应用, 了解-配键配合物和多原子键配合物的结构. 掌握分子对称性和群论的基本概念并了解对称性在研究分子结构和化学反应中的应用; 了解分子的物理性质及其与分子结构之间的关系, 了解弱化学键与分子间作用力的本质及其在讨论化合物的结构和性能中的应用. 3、 点阵理论和晶体结构: 要求掌握晶体周期性点阵结构的特点以及由此特点决定的晶体的各种性质; 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. 4、 测定分子和晶体结构的实验方法: 理解研究分子结构和晶体结构的近代物理实验方法(转动光谱、振动光谱、光电子能谱、核磁共振和X射线衍射)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, 并学会简单图谱的分析.三、教学内容和学时分配（一）绪论 2学时主要内容：结构化学的研究对象；学习目的；学习内容；学习方法；课程安排及要求；主要参考书。教学要求：了解结构化学的研究对象和具体的学习内容，明确结构化学在了解反应本质，发现、合成和提取符合人类一定需要的新物质，以及推动化学学科发展等多方面的作用。并注重理论联系实际，摆脱宏观现象和传统观念的束缚，学会抽象思维和数学工具的应用。其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（二）第一章 量子力学基础知识 6学时主要内容：微观粒子的波粒二象性及其特点；测不准关系及其应用；量子力学基本假设（波函数与几率，力学量与算符，薛定谔方程，态叠加原理，电子自旋）；波函数的合格条件；量子力学处理问题的一般步骤；一维势箱中粒子的运动状态的描述及其具体的处理方法。教学要求：了解微粒子的运动特点及与宏观物体运动规律的区别。了解量子力学的基本假设及与此相关的波函数、力学量算符、本征值等概念，了解波函数的物理意义。初步学会量子力学研究微观物体运动的方法薛定谔方程。其它教学环节：无（三）第二章 原子结构和性质 8学时主要内容：类氢离子体系的薛定谔方程及其简单求解（坐标变换，分离变量，F方程求解），波函数有关图形；角动量及量子数的物理含义；多电子原子结构；屏蔽效应与钻穿效应，基态原子核外电子排布规律，原子光谱项。教学要求：掌握薛定谔方程求解的基本思路，明确四个量子数的来历、合理组合及物理含义，熟悉波函数角度分布图、电子云角度分布图、电子云图、径向向布函数图等图形的画法和所能说明的问题。了解多电子原子薛定谔方程各项的含义；多电子波函数与单电子波函数的不同；掌握原子光谱项的意义及表示方法。了解多电子原子核外电子的排布规律以及原子结构与周期系的关系。其它教学环节：习题课2学时（四）第三章 分子轨道理论 10学时主要内容：氢分子离子的薛定谔方程及其线性变分法处理；分子轨道理论基本要求；分子轨道的类型、符号和能级顺序；双原子分子的结构和性质。教学要求：掌握氢分子离子的线性变分法处理。掌握分子轨道理论和价键理论的要点及这两个理论的区别与联系。其它教学环节：无（五）第四章 分子的对称性 8学时主要内容：分子所具有的五类对称操作及其组合规律。群的定义、分子点群及群的初步知识如群的表示。群论在分子轨道理论和杂化轨道理论中的应用教学要求：熟悉分子所具有的五类对称操作。掌握对称操作群的定义、分类，会判断分子所属点群。了解群的表示和特征标表。学会群论在分子轨道理论和杂化轨道理论中的应用。其它教学环节：习题课2学时（六）第五章 多原子分子及配位化合物的结构和性质 8学时主要内容：价电子对互斥理论，杂化轨道理论，Hckel分子轨道理论，电荷密度、键级、自由价、分子图及反应活性；离域p键的形成条件。前线轨道理论及分子轨道对称性守恒原理。缺电子分子。教学要求：掌握用价电子对互斥理论判断一般分子几何构型的方法。了解杂化轨道理论的基本思想及sp3、sp2、sp杂化轨道的组成、空间取向以及成键能力的大小。掌握Hckel分子轨道理论求解共轭体系的方法，了解共轭分子的性质。掌握前线轨道理论及分子轨道对称性守恒原理解释简单化学反应。了解缺电子分子的结构与性质的关系。其它教学环节：无 （七）第六章 配位化合物 4学时主要内容：配合物的化学键理论简介；配合物的六配位的配位场场理论（中心离子d轨道的分裂，配合物的紫外可见光谱；中心离子d离子的排布；晶体场稳定化能；姜-泰勒效应）。教学要求：理解配合物价键理论，掌握配位场理论处理六配位的配位化合物的方法及结论。掌握姜-泰勒效应。其它教学环节：期中考试2学时（八）第七章 晶体学基础 8学时主要内容：空间点阵与晶体；晶胞中的微粒；晶棱和晶面指标；晶体的宏观对称性；晶体学点群；晶体的微观对称性；晶体的X射线衍射。教学要求：掌握描述晶体结构周期性的基本理论及方法点阵、平移群及晶胞。熟悉晶体的宏观对称操作及按照对称性对晶体进行分类的方法七大晶系，14种空间点阵型式，32个点群，了解230个空间群。了解X射线衍射可以获得的结构信息，理解劳埃方程和布拉格方程，掌握布拉格方程的应用。其它教学环节：无 （九）第八章 简单晶体的结构和性质 4学时主要内容：金属键、金属晶体及金属原子的密堆积方式；离子晶体的结构。教学要求：了解金属的自由电子模型，理解金属的密堆积方式，熟悉离子晶体的结构型式。其它教学环节：习题课2学时（十）分子光谱和核磁共振 6学时主要内容：双原子分子的转动光谱，双原子分子的振动光谱，双原子分子的振动-转动光谱，Raman光谱，光电子能谱，物质的磁性及核磁共振教学要求：了解分子光谱的基本原理，熟悉实验方法的应用对象及可能得到的结构信息。了解转动、振动和电子光谱的应用范围及相互联系。四、教学重点、难点及教学方法教学重点：量子力学基础；原子的结构和性质；分子及配位化合物的结构和性质；分子对称性基础；晶体学基础、金属晶体密堆积型式及离子晶体型式；物质结构鉴定的理论基础。难点：微观体系的运动特征；多电子原子的电子结构；分子轨道理论和配位场理论；分子点群的判别；晶体点阵及晶体点阵型式；结构鉴定的原理。教学方法：多媒体教学，习题讲解，课后答疑，通过化学显示软件来对分子的结构及分子轨道直观地表示。五、考核方式及成绩评定方式考试。平时成绩占2030%，期中成绩占1020%，期末成绩占60%六、教材及参考书目1 周公度, 段连运. 结构化学基础(第4版). 北京: 北京大学出版社, 2008.2 周公度, 段连运. 结构化学基础(第4版)习题解析. 北京: 北京大学出版社, 2008.3 陈启明, 高剑南, 倪行. 物质结构学习指导(第2版). 北京: 科学出版社, 2010.4 麦松威, 周公度, 李伟基. 高等无机结构化学(第2版). 北京大学出版社, 2006.5 李炳瑞. 结构化学(多媒体版, 第2版). 北京: 高等教育出版社, 2010.6 厦门大学化学系物构组.结构化学(第2版). 北京: 科学出版社, 2008.7 李奇, 黄元河, 陈光巨.结构化学. 北京:北京师范大学出版社, 2008.8 江元生. 结构化学. 北京: 高等教育出版社, 1997.9 潘道皑. 物质结构(第二版). 北京: 高等教育出