沈阳理工大学 复件 结构化学教学大纲

《结构化学》课程教学大纲
课程代码：080531015
课程英文名称：Structure chemistry
课程总学时： 32 讲课： 32 实验： 0 上机：0
适用专业：化学专业
大纲编写（修订）时间：2010.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
1.基本任务：结构化学是研究原子、分子及晶体的结构及其与性质之间的关系的科学。

通过结构化学的学习，使学生对本大纲范围内的结构化学内容有比较全面的了解，了解其实验基础、基本概念以及基本方程的意义，掌握一些简单的数学处理方法。

达到能较系统地阐明元素周期律的本质以及较深入地定性地阐明化学键的本质的目标。

在物理测试方法方面除X-结构分析方法要求学生有比较系统的了解外，对其他方法则只要求了解其基本原理及所能提供的结构信息。

2.教学目标：掌握结构化学内容，培养学生应用结构的观点分析和解决化学中遇到的问题，使学生具有初步的分析问题和解决问题的能力，并在教学中努力培养学生辩证唯物主义的世界观，为培养和造就高级化工技术人才打好基础。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
近年来，随着无机化学、有机化学、物理化学、量子化学、材料科学及近代物理测试技术等学科与结构化学的相互渗透、配合，极大地促进了结构化学的发展。

结构化学的教学也有了不少新的看法和变革，但作为工科院校结构化学的教学仍然以必须掌握的基本理论，基本方法为主。

1.基本知识：掌握实物微粒的运动规律，能够通过定态薛定谔方程求解简单的分子离子的原子轨道模型，能较系统地阐明元素周期律的本质。

2.基本理论和方法：掌握化学键的三种基本类型，即离子键、共价键和金属键。

对价键理论、分子轨道理论和配位场理论有较深入的了解。

重点掌握分子轨道理论及其在分子结构中的应用，一般了解分子对称性的概念。

掌握络和物的价键理论包括电价配键、共价键配键及分子轨道理论在络和物中的应用。

重点掌握晶体场理论。

掌握晶体周期性结构的特点及由此特点决定的晶体的各种性质；金属键和金属的一般性质，固体能带理论，密堆积结构；离子键和点阵能，离子配位多面体极其连接规律；分子间作用力对其物质性质的影响；氢键及氢键型晶体、分子型晶体、混合键型晶体的特性。

3.基本技能：
研究物质结构主要采用两种途径，其一是以演绎的方法为主，即是从微观质点运动的普遍规律出发进而研究原子是如何组成分子的或组成晶体的。

其二是以归纳法为主，应用一些物理测试手段，来研究物质内部原子的排列及运动状况、原子和分子中电子的运动状态等。

当对很多个别具体对象进行测量后，再总结成规律。

掌握演绎推理的能力及归纳法的应用为能力。

培养学生综合运用所学过的有机、无机、物化、高数、高等物理等知识的能力，运用结构化学的知识解决有机、无机、物化学习中遇到的困难。

辩证唯物主义思维的培养，使学生学会用物质的、结构的观点去分析问题解决问题。

（三）实施说明
1．教学方法：结构化学是一门理论性较强的课程，通常学生会感觉较难，因此应尽量避免
与理论性较强或难度较大的必修课程如物理化学等同时开设。

教师在课堂教学中以概念的介绍为主，尽量减少不必要的理论推导，使学生明确结构化学的基本内容，了解结构化学的主要方法，掌握一些简单实用的计算方法。

2．教学手段：大纲实施时应强调化学的整体性、综合性。

摒弃单纯传授具体知识的观念，强调培养分析、启发思路、解决问题的能力和创新精神，强调充分发挥学生积极性和主动性，充分应用现代教育技术进行双向教学，使学生具有自我开拓和获得知识的能力。

（四）对先修课的要求
物质结构决定了物质的物理、化学性质及其变化规律。

金属、无机、有机化合物的结构正是物质结构的研究内容。

从无机、有机、物化到结构化学的学习正是从感性认识到理性认识再从理性认识到感性认识的过程，其中要大量应用的高等数学知识，也涉及到大学物理知识，因此结构化学学习之前要求先学完无机化学、有机化学、物理化学、高等数学、大学物理。

（五）对习题课、实验环节的要求
应根据学生学习的具体情况布置作业。

学习中应包含1~2次习题课。

现代物理测试方法在物质结构的研究中具有重要的意义，由于条件所限，暂时不能开设结构化学的实验。

（六）课程考核方式
1.考核方式：考试。

2．考核目标：在考核学生对量子力学基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的分子结构和性质以及利用知识解释实际问题的能力。

3.成绩构成：最终理论考试、平时考核（包括中期考试、作业、小测验、提问等的总和）
（七）参考书目
《简明结构化学教程》夏少武编，化学工业出版社，2007
《结构化学》赵成大编，东北师范大学出版社
《结构化学》唐翱庆编，吉林大学出版社
二、中文摘要
结构化学是一门研究原子、分子、晶体结构以及结构与性质关系的科学。

通过结构化学的学习使得学生对于结构化学范畴有一定的了解，能够更深入的理解实验基础、基本概念和基础方程式的意义，掌握一般的数学处理方法.达到对元素周期表示例和化学键理论的深刻阐述的目标。

三、课程学时总体分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分量子力学基础知识
总学时(单位：学时)：7 讲课：7 实验：0 上机：0
具体内容：
1）了解量子力学的发展概况，理解光的波粒二象性和实物粒子的波粒二象性，掌握不确定关系式。

(讲课2学时)
2）理解量子力学的基本假定和薛定谔方程的意义，理解主要的力学量算符，掌握本征值的计算方法。

理解波函数的物理意义，掌握波函数的归一化方法。

(讲课2学时) 3）了解用定态薛定谔方程求解势箱中粒子平动的能级和波函数的方法。

理解能量量子化的概念和零点能的概念，掌握一维势箱中自由粒子运动的能级计算方法。

(讲课3学时) 重点：
1）光的波粒二象性和实物粒子的波粒二象性，掌握不确定关系式。

2）量子力学的基本假定和薛定谔方程
难点：
量子力学的基本假定和薛定谔方程
习题：
薛定谔方程的意义，计算本征值。

第 2部分原子的结构和性质
总学时(单位：学时)：9 讲课：9 实验：0 上机：0
具体内容：
1）理解原子结构的薛定谔方程的建立方法和分离变量法求解氢原子及类氢离子薛定谔方程的过程。

(讲课2学时)
2）理解中心力场模型和单电子近似法求解多电子原子薛定谔方程的方法。

明确解的结果和三个量子数的物理意义，掌握三个量子数的取值。

(讲课2学时)
3）掌握原子轨道能级的计算方法和Slater规则计算屏蔽常数的方法，明确原子轨道角动量的计算方法。

掌握原子轨道的角度分布和角度电子云的形状。

(讲课2学时) 4）明确径向分布函数的物理意义和形态。

明确电子自旋的概念，掌握自旋磁量子数的取值，明确原子波函数的概念，了解Slater行列式和保里原理。

掌握基态原子的电子排布方式。

(讲课3学时)
重点：
分子轨道理论，杂化轨道理论，简单HMO法和共轭分子键级、自由价和分子图。

难点：
氢分子离子和共价键的本质，杂化轨道理论。

习题：
薛定谔方程的建立方法，原子波函数的概念，原子轨道角动量的计算。

第3部分分子的结构和性质
总学时(单位：学时)：12 讲课： 12 实验：0 上机：0
具体内容：
1）明确氢分子离子薛定谔方程的建立方法和线性变分法求解该方程的原理，掌握解的结果，明确三个积分的意义。

(讲课3学时)
2）掌握简单分子轨道理论的要点，掌握双原子分子轨道的类型和双原子分子电子组态，能够分析成键情况、进行简单的性质预测。

了解氢分子薛定谔方程的海特勒—伦敦近似解法，明确价键理论的要点，掌握杂化轨道理论的要点和杂化轨道的基本类型。

(讲课3学时) 3）了解配合物的价键理论，理解晶体场理论的处理方法，明确分裂能、晶体场稳定化能等概念，掌握正八面体场和正四面体场d轨道能级分裂方式和晶体场稳定化能的计算，掌握分裂能的影响因素。

(讲课3学时)
4）明确产生姜—泰勒效应的原因。

了解配位体的分子轨道理论，了解π配键、回馈π键及其作用。

掌握休格尔分子轨道理论的基本要点，掌握离域π键的类型和形成条件，掌握电荷密度、键级和自由价的计算。

(讲课3学时)
重点：
理解配位化合物的价键理论、配位场理论和分子轨道理论。

难点：
配位化合物的价键理论。

习题：
氢分子离子薛定谔方程的建立方法。

正四面体场d轨道能级分裂方式。

第4部分分子光谱
总学时(单位：学时)：2 讲课：2 实验：0 上机：0
具体内容：
1)了解分子光谱的构成和表示方法，了解双原子分子转动光谱和振动光谱的量子力学处理方法，掌握转动光谱和振动光谱的能级计算方法，掌握转动光谱和振动光谱的选律。

2）了解多原子分子的振动光谱，明确简正振动的概念和简正振动的模式。

重点：
转动光谱和振动光谱的能级计算方法。

难点：
转动光谱和振动光谱的选律；分子光谱，磁共振谱的基本原理。

习题：
转动光谱和振动光谱的能级计算，转动光谱和振动光谱的选律。

第 5部分习题课
总学时(单位：学时)：2 讲课：2 实验：0 上机：0
具体内容：
总结作业题，准备复习考试。

编写人：唐祝兴
高俊杰
刘志江
审核人：唐祝兴
批准人：赵平。