《结构化学》课程教学大纲.pdf

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1、结构化学课程大纲 课程名称：结构化学课程英文名称：Structural Chemistry 课程编码：091014 课程类别/性质：学科专业/必修 学 分：3 总学时/理论/实验（上机）：48/48/0 开课单位：化工学院 适用专业：化学 先修课程：高等数学、大学物理、无机化学、有机化学、物理化学 一、课程简介 结构化学 是化学专业一门专业核心课程，该课程讲述量子力学基本原理及其在化学领域的应用。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。结构化学的知识结构主要有：（1）量子力学基本原理，描述微观粒子的运动规律，介绍量子力学从旧量子论到新量子力学的发

2、展过程，量子力学研究微观粒子运动的基本方法，量子力学基本原理等；（2）原子分子结构，从原子、分子的薛定谔方程的建立及其解的过程结合光谱学原理，描述单电子原子、多电子原子、定域分子离域分子及多原子分子的结构；（3）晶体结构，通过量子力学基本原理结合晶体学研究方法，描述金属晶体、离子晶体等的结构以及 X 射线衍射方法的原理与应用。该课程涉及的知识面广且综合性强，涉及到高等数学的微积分原理、微分方程的建立与方程的解、线性代数的方法与应用等；大学物理学的力学、电磁学、光学等理论知识与应用；无机化学元素及化合物基础知识、有机化合物基础结构知识等。要求学生学习该课程后，理解“结构决定性能，性能反映结构”的

3、相互关系，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，为后课程的学习打下必要的基础。通过本课程的学习，培养学生从物质结构与物质性质相互关系的基本规律出发，分析和解决问题的能力。树立正确的物质观，建立牢固的专业思想和正确的职业规范，用最先进的科学武装头脑，培养科学的创新意识，将个人的理想和事业追求与国家兴旺和民族的振兴的伟大事业紧紧地结合在一起，激发学生的责任意识和担当意识，保证学生达成专业的相应毕业要求。二、课程教学目标（目标概述）通过本课程的学习使学生掌握量子力学的基本原理及在原子分子及晶体结构中的应用，理解并掌握微观粒子的运动规律

4、，学会利用量子力学方法分析物质结构。培养学生在学习过程中树立学生独立思考、自主探究、实事求是、严谨认真的科学素养。为学习后续专业课程设计性实验、毕业论文设计等打下坚实的化学理论基础。1价值目标：（1）培养学生科学的宇宙观，物质观，崇尚客观的科学精神。通过学习量子力学的产生、发展历程，引导学生建立科学的创新思维模式。了解和掌握微观粒子的运动规律，拓宽科学视野，建立正确的宇宙观和物质观。（2）培养学生创新意识与家国情怀。通过学习量子力学及其由此衍生的物质结构理论，使学生了解量子力学与新型材料科学与技术、新时代国防军事、电子信息、新能源等领域相融合，要以科学前沿和国家重大战略需求为导向，引导学生树立

5、科学创新的意识，树立为推动我国相关产业发展做出贡献的理想和信心。（3）培养正确的职业观及师德规范。通过本课程的学习，使学生掌握科学的物质结构理论知识，培养学生不畏艰难、勇于探索、追求真理的科研精神，并在未来的职业生涯中将这一科研精神传承下去。（4）激发个人理想与培养学生社会责任感有机结合。在传授课程知识的基础上引导学生将所学到的知识和技能转化为内在德行和素养，将学生个人发展与社会发展、国家发展结合起来，引导学生明白专业技能是实现个人理想的前提条件，使学生深刻领会青年是未来社会建设的中坚力量。2知识和能力目标：（1）掌握结构化学及相关学科发展状况，了解学科发展前沿，培养学生的家国情怀，激发学生使

6、命担当，在学习、工作和生活中自觉践行社会主义核心价值观（毕业要求 3.1）；（2）掌握量子力学的基本原理和方法以及由此衍生的物质结构理论（毕业要求 3.3）；（3）掌握结构化学在新材料、新能源、信息、制药、国防科技等领域的应用情况，学会运用所学的结构化学知识分析来解决学习、生活、生产或社会实际问题（毕业要求 3.3）；（4）培养学生具备分析、表征物质含量、结构及其他信息的能力。培养学生具有坚持不懈、锲而不舍、勇于创新，实事求是的学科素养（毕业要求 3.3）；（5）培养学生不畏艰难、勇于探索、团队合作精神。学生具有大局意识、协作精神和服务精神，具有一定的创新意识，能够利用团队每个成员的优势解决课

7、程学习中出现的问题，具有一定的反思能力（毕业要求 3.7 和 3.8）。三、课程教学内容及学时分配 课程教学包括课堂教学、课堂研讨、课堂及课后习题三部分，包括 8 章的理论教学内容。课内理论教学 48 学时。课堂理论教学内容、要求及学时分配如下：课程教学内容及学习要求 章节内容 思政融入点 要 求 学时 支撑毕业要求指标点 理解 掌握 分析与应用 绪 论 序言 结构化学研究内容和学习方法(1)辩证唯物主义的科学世界观：世界是物质的，物质是运动的，运动是有规律的(2)坚持不懈，锲而不舍的科学精神 高 中 低 1 3.1 和3.3 第一章：量子力学基础 第一节 微观粒子的运动特征(1)爱国情怀，人

8、文素养。民族强大，个人才能发展。(2)科学发展史观。勇于探索，大胆创新，追求真理的科学精神。高 高 中 6 3.1、3.3、3.7 第二节 量子力学基本假设 高 高 高 第三节 箱中粒子的Schrdinger 方程及其解 高 高 高 第二章：原子的结构与性质 第一节 单电子原子的Schrodinger 方程及其解(1)创新思想、创新理念、创新意识。(2)树立“诚信”。深入理解社会主义核心价值观。高 高 高 8 3.1、3.3、3.7 第二节 量子数的物理意义 高 高 高 第三节 波函数和电子云的图形 高 中 中 第四节 多电子原子结构 高 高 高 第五节 元素周期表与元素周期性质 高 高 高

9、第六节 原子光谱 高 中 中 第三章：双原子分子的结构与性质 第一节 H2+的结构和共价键的本质 坚持正确的价值观，正确认识世情和国情，客观辨析西方思潮。树立为民族科技发展进步做出贡献的信念和决心。高 高 低 8 3.1、3.3 第二节 分子轨道理论和双原子分子的结构 高 高 中 第三节 H2分子的结构和价键理论 高 高 高 第四节 分子光谱 高 中 中 第五节 光电子能谱 中 底 中 第四章：分子的对称性 第一节 对称操作和对称元素 提高科学素养，牢固树立辩证唯物主义的世界观和物质观，理解“结构决定性质，性质决定用途”的科学理论。高 高 低 6 3.1、3.3、3.7 第二节 对称操作群与对

10、称元素的组合 中 中 中 第三节 分子的点群 高 中 低 第四节 分子的结构与分子的偶极矩 高 高 高 第五节分子的对称性高 高 高 四、教学方法 1.结构化学课程结合传统讲授和现代信息化教学手段，传统讲授过程中以教师讲授为主导并在课堂中加入学生讨论的重要环节，现代化信息手段中采用多媒体教学，结合网络图片、录像等加强直观理解。2.在教学过程中增加科学史、著名科学家的研究背景以及科学哲学思考等案例，以提高学生的学习兴趣，丰富课堂内容，拓展学生知识面。3.基于问题的学习（PBL）驱动式学习，由学生根据每章节问题先行搜集资料，再回到课堂讲解讨论，促进理论联系实践的有机融合，以加深对重点知识点的深入理

11、解和综合应用。4.注重前后章节知识的连贯，引导学生及时复习以往的知识点，通过不断的同化与积与分子的旋光性 第五章：多原子分子的结构和性质 第一节价电子对互斥理论 培养和提高科学素养，逐步学习和掌握现代科学思维模式，培养独立思考、勇于创新的科研精神，树立为强国事业和民族振兴的奋斗精神。高 高 低 8 3.1、3.3 第二节杂化轨道理论 高 中 高 第三节 离域分子轨道理论 高 中 高 第四节 HMO 法 高 中 高 第五节 离域 键和共轭效应 高 高 高 第六节 分子轨道的对称性和反应机理 高 高 高 第六章：配位化合物的结构和性质 第一节 概述 培养和提高科学素养，逐步学习和掌握现代科学思维模

12、式，培养独立思考、勇于创新的科研精神，树立为强国事业和民族振兴的奋斗精神。高 高 低 3 3.1、3.3 第二节 配位场理论 高 中 低 第三节-配键与有关配合物的结构与性质 高 高 高 第四节 过渡金属原子簇化合物的结构与性质 高 高 高 第七章 晶体学基础 第一节 晶体结构的周期性和点阵 培养和提高科学素养，逐步学习和掌握现代科学思维模式，培养独立思考、勇于创新的科研精神，树立为强国事业和民族振兴的奋斗精神。高 高 中 4 3.1、3.3 第二节 晶体结构的对称性 高 高 高 第三节 晶体结构的表达及应用 高 中 高 第四节 晶体的X 射线衍射 高 中 低 第八章晶体物质的结构和性质 第一

13、节 金属的结构化学 培养和提高科学素养，逐步学习和掌握现代科学思维模式，培养独立思考、勇于创新的科研精神，树立为强国事业和民族振兴的奋斗精神。高 高 高 4 3.1、3.3 第二节 离子化合物的结构化学 高 高 高 第三节 非金属元素的结构化学 中 中 低 累逐步形成系统的知识体系。5.通过课后作业及阶段复习等方式促进学生对所学知识的及时消化、掌握和巩固，并通过辅导教学及时解决学生在学习过程的中遇到的疑难问题。五、考核及成绩评定方式 课程考核包括课内实训、期末考试两个部分。课内实训成绩：30%，包括课堂作业、讨论及考勤。期末考试成绩：70%，采取闭卷考试方式，内容涵盖本课程的基本概念、基本理论

14、及其应用。考试题型包括：选择题、填空题、判断题、计算题题等。其中，量子力学基本原理（15分）（毕业要求 3.1 和 3.3）、原子分子结构（65 分）（毕业要求 3.3 和 3.7）、晶体结构（20分）（毕业要求 3.3、3.7）。六、参考教学资源 1 周公度，段连运.结构化学基础（第五版）M.北京：北京大学出版社，2016 年。2 江元生.结构化学M.北京：高等教育出版社，1999 年。3潘道皑等.物质结构（第二版）M.北京：高等教育出版社，1989 年。4徐光宪，王祥云.物质结构（第二版）M.北京：高等教育出版社，1987 年。5谢有畅，邵美成.结构化学M.北京：高等教育出版社，1984 年。6P.W.Atkins.Physical Chemistry,4th ed.Freeman,1999 年。