结构化学教学大纲

甘肃民族师范学院化学专业课程教学大纲

结构化学

一、说明

（一）课程性质

结构化学是四年制化学本科专业的必修基础理论课程。结构化学主要研究原子、分子及晶体的结构以及它们与物质的物理、化学性质的关系。

（二）教学目的

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；通过本课程的学习，培养学生能从结构化学与物质性质（性能）相互关系的基本规律出发，分析和解决问题。从而提高学生运用结构化学的原理和方法来分析问题解决问题的能力，进一步培养他们的辩证唯物主义世界观，以期能更好的完成中学化学的教学任务以及更好的从事科学研究。（三）教学内容

第0章绪论

第1章量子力学基础和原子结构

第2章共价键理论与分子结构

第3章配位场理论和络合物结构

第4章分子结构测定方法的原理及应用

第5章晶体结构

（四）教学时数

60学时

（五）教学方式

主要采用课堂教学、习题课教学、课外辅导，以及测试、考查、考试等方法。并尽可能地充分利用图表、模型等形象化和电化教具，务使讲授具体、直观、生动，但应注意防止引起某些片面性和科学性的错误。

二、本文

第0章绪论

教学要点：

量子力学发展简史及学习方法

教学时数：

2 学时

教学内容：

第一节本课程的地位和作用、主要内容

第二节量子力学发展简史及学习方法

考核要求：

了解量子力学发展史

第一章量子力学基础和原子结构

教学要点：

1、以一维势箱模型、类氢离子体系为例，重点讲解量子力学处理微观体系的思想、模型和方法

2、类氢体系波函数、量子数及其应用

教学时数：

14学时

教学内容：

第一节经典物理学的困难、量子力学的诞生、微观粒子运动特征

1、三个著名实验解释微观粒子运动特征——量子论诞生

2、实物微粒运动状态的波粒二象性、德布罗意关系式和物质波及统计解释

3、不确定关系（测不准原理）

第二节量子力学基本假设、微观粒子运动状态的表示方法及薛定谔方程

1、波函数和微观粒子的状态

2、算符和力学量

3、本征值、本征函数和本征方程

4、薛定谔方程的算符表达式

5、态叠加原理

第三节一维势箱粒子的薛定谔方程及解

1、一维势箱模型、体系薛定谔方程及解

2、一维势箱粒子薛定谔方程解的讨论

3、一维势箱体系结论的应用

第四节氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程及解

1、氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程（直角坐标、球坐标）

2、氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程的解（变量分离法、基态解、一般解）

3、氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程解的讨论（量子数、波函数）

第五节波函数与电子云的图形表示法

界面图、等值图、径向分布图和角度分布图

第六节多电子原子结构理论的轨道近似模型——原子轨道

1、多电子原子体系的薛定谔方程

2、轨道近似、中心力场近似模型、半经验处理——屏蔽模型

3、方程解的讨论

第七节电子自旋

1、自旋问题的提出

2、自旋波函数、自旋-轨道、完全波函数概念

3、行列式波函数和保里原理

第八节原子整体的状态与原子光谱项

1、原子整体状态的描述（原子的量子数、角动量的耦合）

2、原子光谱与原子光谱项（原子光谱、原子光谱项推求、原子光谱项对应能级的相对大小、光谱选律）

第九节核外电子排布与元素周期律（自学）

教学要求：

1、了解微观粒子运动的特点，量子力学处理微观体系的基本方法和步骤

2、理解量子力学基本假设中的概念和假设的内容、基本概念、解一维势箱体系、类氢体系薛定谔方程的数学方法

3、掌握德·布罗意关系式；一维势箱体系薛定谔方程解、解的意义及应用类氢体系量子数的取值和意义，能量、角动量及其分量的计算，波函数与电子云的各种图示法，中心力场近似模型的思想，原子轨道和电子自旋的概念，行列式波函数

考核要求：

1、掌握德·布罗意关系式；一维势箱体系薛定谔方程解、解的意义及应用

2、掌握类氢体系量子数的取值和意义，能量、角动量及其分量的计算，波函数与电子云的各种图示法，中心力场近似模型的思想，原子轨道和电子自旋的概念，行列式波函数

第二章共价键理论与分子结构

教学要点：

1、线性变分法处理氢分子离子体系

2、同核双原子分子的结构

3、HMO理论的基本要点

4、分子对称性与分子点群

教学时数：

14学时

教学内容：

第一节 H2+的分子轨道和共价键的本质

1、氢分子离子的薛定谔方程（定核近似与势能曲线）

2、氢分子离子的量子力学近似处理——线性变分法

3、氢分子离子薛定谔方程解的讨论（三个积分、能量曲线）

4、氢分子离子波函数、分子轨道概念、共价键的本质

第二节分子轨道理论

1、分子轨道理论的要点

2、原子轨道线性组合为分子轨道法（LCAO-MO）

3、分子轨道的类型、符号和能级顺序

第三节双原子分子结构

1、同核双原子分子

2、异核双原子分子

第四节杂化轨道理论

1、杂化轨道理论内容

2、sp、sp2、sp

3、dsp3、d2sp3简介

3、杂化轨道理论应用

第五节离域π键与共轭分子结构

1、HMO理论的基本要点和休克尔行列式

2、共轭体系的HMO处理

3、电荷密度，键级、自由价、分子图及应用

4、无机共轭分子

5、离域π键形成的条件和类型

第六节多中心键与缺电子分子结构（自学）

第七节分子对称性与分子点群

1、对称操作与对称元素

2、分子点群

3、分子点群的确定

4、分子点群和分子的物理性质（分子的旋光性和偶极矩）

教学要求：

1、了解线性变分法，分子体系的薛定谔方程

2、理解杂化轨道理论，离域π键形成的条件和类型，分子点群和分子的物理性质

3、掌握分子轨道的类型、符号和能级顺序，同核双原子分子的结构，分子图的计算与应用，分子点群的确定，判断分子的杂化态及几何构型，离域分子轨道和定域分子轨道区别及应用，根据分子骨架写出休克尔行列式，一些离域分子的成键情况及对性质的影响

考核要求：

1、掌握分子轨道的类型、符号和能级顺序

2、同核双原子分子的结构，分子图的计算与应用

3、分子点群的确定

4、判断分子的杂化态及几何构型，离域分子轨道和定域分子轨道区别及应用，根据分子骨架写出休克尔行列式，一些离域分子的成键情况及对性质的影响

第三章配位场理论和络合物结构