结构化学教学大纲.pdf

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1、结构化学课程教学大纲 课程编号 10111603 课程名称 结构化学 考试/考查 考试 总学时数 60 实验学时数 学 分 数 4 课程性质 专业基础必修课 适用专业 化 学 课程承担单位 化学学院 1.课程的目的和任务 结构化学是化学专业的一门重要基础必修课程。通过本课程学习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和基础知识，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；通过本课程的学习，培养学生从物质结构与物质性质（性能）相互关系的基本规律出发，分

2、析和解决问题。2.课程教学基本要求 结构化学的先行课程有高等数学、大学物理、无机化学、分析化学和有机化学，后续课程为量子化学基础、配位化学、仪器分析等。通过本课程学习使学生理解描述微观世界运动的普遍规律-量子力学规律以及应用此规律的方法。对量子力学基本假设所包含的概念、原理及思想方法能进行准确的描述。理解微观运动的量子性和波粒二象性特点。掌握量子力学的基本方程-薛定谔方程的物理意义和用量子力学研究原子（氢原子、多电子原子）结构的基本方法。理解用量子力学研究分子结构和配位化合物结构的基本方法，掌握分子轨道理论和配位场理论的基本原理。了解研究分子结构的近代物理实验方法-分子光谱、光电子能谱、核磁共

3、振方法认识产生这些现象的物质运动微观机制及测试方法的基本原理。了解点阵理论及其对各种晶体点阵结构的描述，掌握宏观和微观两种对称性在晶体结构中的关系，从而从晶体内部物质几何构型的特点，去认识和解释各类晶体的性质。理解 X 射线衍射的基本原理及劳埃方程和布拉格-乌尔夫方程，了解粉末法物相分析的基本原理。3.课程教学内容及主要知识点 结构化学课程是以电子构型和几何构型为两条主线,系统讲授三种理论和三类结构：量子理论和原子结构、化学键理论和分子结构、点阵理论和晶体结构。为本科生打下三方面基础:量子化学基础、对称性原理基础、结晶化学基础。第 1 章 量子力学基础知识 理解微观粒子的量子性和波粒二象性的特

4、点；掌握描述微观世界运动规律的量子力学的主要基本假设的内容和运用这些规律处理问题的步骤。第 2 章 原子的结构和性质 理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；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

5、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 3 章 共价键与双原子分子的结构和性质 理解 Born-ppnheimer 近似的物理意义；理解价键理论处理双原子分子结构的一般过程，表示方法；组态和分子角动量耦合的物理意义，分子轨道理论和价键理论的差异；掌握线性变分法对双原子分子的应用；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

6、双原子分子结构的一般过程和重要结论。要会正确熟练地写出双原子分子的电子组态，并能正确给出分子键级、磁性等。第 4 章 分子的对称性 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；对称操作矩阵表示的意义和方法。第 5 章 多原子分子的结构和性质 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

7、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 6 章 配位化合物的结构和性质 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。第 7 章 次级健和超分子化学*（本章暂不独立讲授，主要内容分散在有关章节）第 8 章 晶体的点阵结构和晶体的性质 掌握点阵

8、，点阵单位，晶胞，晶面等基本概念；布拉维规则和晶面的表示方法；晶体的宏观对称元素和微观对称元素及取对称操作的内容；晶体的对称性定理和晶体的划分情况（国际符号，七个晶系，十四种空间点阵形式，32 点群及其相互关系）；掌握衍射方向、Laue 方程及 Bragg 方程，认知衍射强度及结构因子，了解系统消光，掌握立方晶系粉末线的指标化，熟练掌握立方晶系 X 射线物相分析、确定晶胞参数、点阵形式，了解实际图谱的解。第 9 章 金属的结构和性质 掌握等径圆球密堆积原理及其在金属晶体中的应用（A1，A3 型）；晶体金属键的本质和金属半径的概念。第 10 章 离子化合物的结构化学 了解 SiO2型晶体结构特点

9、及压电材料，CaF2型晶体结构特点及储氢材料，钙钛矿型晶体结构特点、非线形光学材料及超导材料，A2 型晶体结构及固体离子导体等；掌握半径比临界值，常见的离子晶体类型（NaCl，CsCl，立方 ZnS，六方 ZnS，CaF2，TiO2）结构型式；离子晶体点阵能的理论计算方法；离子的堆积规则；典型共价化合物金刚石的结构。4.学时分配参考表 章 次 内 容 授课时数 实验时数 备 注 0 绪论 1 1 量子力学基础 9 2 原子的结构和性质 10 课外实习 2 3 共价键与双原子分子的结构和性质 10 4 分子的对称性 6 课外实习 2 5 多原子分子的结构和性质 8 6 配位化合物的结构和性质 4

10、 7 晶体的点阵结构和晶体的性质 8 课外实习 2 9 金属的结构和性质 2 课外实习 2 10 离子化合物的结构化学 2 课外实习 2 5.主要参考教材 1 周公度.结构化学基础(第 4 版).北京:北京大学出版社,2008.2 林梦海.结构化学.北京:科学出版社,2004.3 李炳瑞.结构化学.北京:高等教育出版社,2004.4 潘道恺.物质结构(第 2 版).北京:高等教育出版社,1989.5 何福成.结构化学.北京:人民教育出版社,1979.6 唐作华.基础结构化学.成都:四川大学出版社,1994.7 郭用猷.结构化学.济南:山东大学出版社,1998.8 江元生.结构化学.北京:高等教育出版,1997.9 McWeeny R,Coulson C A，余敬曾译著.原子价.北京：北京科学出版社,1986.10 徐光宪.物质结构(第 2 版).北京:高等教育出版社,1987.11 邓景发.物理化学.北京:高等教育出版社,1993.12 范康年.物理化学学习指导.上海:复旦大学出版社,1996.13 周公度.结构化学习题解析.北京:北京大学出版社,1997.14 倪行,高剑南.物质结构学习指导.北京:科学出版社,1999.15 郭用猷.物质结构基本原理.北京:高等教育出版社,1987.执 笔 人：闵锁田 修订时间：2010年 11 月