计算化学ppt总结
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有关化学式的计算PPT教学课件
某碳酸氢铵化肥的外包装袋
上部分说明如图所示，请仔细阅 读并回答下列问题：
（1）保存该化肥应注意
。
（2）这袋化肥中氮元素的质量
为
g。
（3）这袋化肥的纯度为？（纯 度指碳酸氢铵的质量分数）
碳酸氢铵
（NH4HCO3） 净重：50g
含氮量：16.8% XXX化学工业公司
29
计算公式：①某纯净物的质量分数= ×100%
3
相对分子质量：
• 1、定义：化学式中各原子的相对原子质量的总 和，就是相对分子质量
• 2、说明：
（1）相对分子质量是一个比值，是相对质量。 （2）单位是“1”，省略不写。 （3）是化学式中各原子的相对原子质量的总和
4
1、计算物质的相对分子质量
例题1:计算O2、H2O、(NH4)2CO3的相对分子质量 书写格式：
8
② 3H2O的相对分子质量 = 1 ×6+16 ×1=22
（错）
改： 3H2O的相对分子质量 = 3× （1 ×2+16 ×1）=54
注意2：化学式前面的数字表示分子个数。 计算时先求一个分子的相对分子质量，再乘以分子的 个数，即得出几个分子的总相对原子质量。
9
③CuSO4·5H2O的相对分子质量 （错） = 64 ×1+32 ×1+16 ×4 ×5 × （1 ×2+16 ×1）
解： 设R的相对原子质量为X
X×2+16×3=160 X=56
答： R的相对原子质量为56
11
1、若化合物HnRO3n-2的相对分子质量为M，则元 素R的相对原子质量为多少？
12
3、根据相对分子质量计算分子 中某原子的个数
练习：已知化合物Na2SOx的相对分子质量 为126，求一个该分子中氧原子的个数.
量子化学和计算化学简介PPT课件
Ψ=Φ, 只有一个 Slater 行列式
未考虑电子相关 !
• Post Hartree – Fock 计算
CI, PT, CC
CI 及各种近似
Full CI
0 ca i ia ca ij biaj b ca ij b kiacjb k c
i,a
i,j
i,j,k
a,b
a,b,c
Dim
c
1
求解Schrödinger 方程, 必需:
1. 做近似 2. 有适当的计算工具 3. 有计算程序
主要近似
1. 非相对论近似 2. Born-Oppenheimer 近似 3. Hartree-Fock 近似
独立粒子模型, “轨道”
4. 代数近似 (LCAO) ············
模型 Hamiltonian
- McGraw-Hill Encyclopedia of Chemistry, 1993
理论化学
量子化学 + 统计热力学
1927年, Heitler-London 发表 一篇处理H2分子的论文： W. Heitler and F. London,
Z. Physik, 44, 455 (1927)
从Hubbard model, 排除双占据, 得到
H ti kE ik Ji k 2 S iS k1 2n in k
Heisenberg Model
在 t-J 模型中,令第一项为零, ni=nj=1,
HJi k2SiSk 12
对Ψ(波函数)的近似
对于 ab initio 计算
• Hartree – Fock 计算
理论化学 和
计算化学
什么是理论化学 ?
1893 Nernst 以 “理论化学”
未考虑电子相关 !
• Post Hartree – Fock 计算
CI, PT, CC
CI 及各种近似
Full CI
0 ca i ia ca ij biaj b ca ij b kiacjb k c
i,a
i,j
i,j,k
a,b
a,b,c
Dim
c
1
求解Schrödinger 方程, 必需:
1. 做近似 2. 有适当的计算工具 3. 有计算程序
主要近似
1. 非相对论近似 2. Born-Oppenheimer 近似 3. Hartree-Fock 近似
独立粒子模型, “轨道”
4. 代数近似 (LCAO) ············
模型 Hamiltonian
- McGraw-Hill Encyclopedia of Chemistry, 1993
理论化学
量子化学 + 统计热力学
1927年, Heitler-London 发表 一篇处理H2分子的论文： W. Heitler and F. London,
Z. Physik, 44, 455 (1927)
从Hubbard model, 排除双占据, 得到
H ti kE ik Ji k 2 S iS k1 2n in k
Heisenberg Model
在 t-J 模型中,令第一项为零, ni=nj=1,
HJi k2SiSk 12
对Ψ(波函数)的近似
对于 ab initio 计算
• Hartree – Fock 计算
理论化学 和
计算化学
什么是理论化学 ?
1893 Nernst 以 “理论化学”
计算化学第一章ppt课件
2000年 第一届国际结构基因组会议 召开，美、英、法、德、加拿大、 荷兰、以色列、意大利、日本9个国 家开始结构基因组计划的合作； 2003年 Pengyu Ren和Jay W. Ponder提出了水的AMOEBA模型， 这是一种可极化的水的结构模型；
计算化学的历史和涉及
计算化学这一门边缘科学历史很 短，但涉及面很广， 在计算机方面包括——硬件 软件 语言 计算方法
三、
对计算机化学学科的认识 学科交叉天地宽
现状及前景
化学中可以直接转化为能有效地应
用计算机来解决的形式数学 (Formal mathematics) 的问题
还不多，绝大多数化学知识的信
息量大，又多是经验的和各种数
据类型相混杂的。
现状及前景
化学仍然是需要化学家的经验
和直觉的科学，它的这一特 性阻碍了用计算机解决化学
所以：计算化学是用 于化学研究的一种方 法学，是一种越来越 重要的工具。
计算化学的历史和涉及 1925年,Heisenberg发表了第 一篇量子力学的文章，一个 新的学科---“计算化学”诞 生了；
1933年,Bernal, J. D.和 Flowler, R. H提出了水的原 子模型;
1946年,Frank Westheiner完成了第一 次分子力学计算； 1959年,Kauzmann提出 疏水作用是稳定蛋白质结 构的主要作用的一种；
石油化工
生化
药物
有机合成
选矿
高温冶金
材料科学
什么是计算化学
计算化学在更广泛 的意义上又可称作 “计算机化学”。它 是化学、数学、计算 机科学等学科交叉的 新兴学科。
计算化学是化学的一个分支， 但不属于真正意义上的化学， 它是利用数学、统计学和计 算机科学的方法，进行化学、 化工的实验设计、数据与信 息的处理、分类、解析和预 测。
化学计算专题化学式计算课件
考点归纳: 化合物中R元素质量＝化合物质量×化合物中 R元素的质量分数
2、(2010· 广东) 下图是某品牌补铁剂的标签。 富马酸亚铁颗粒 化学式 ： C4H2FeO4 每包含富马酸亚铁0.2g 适应症 ： 缺铁性贫血 服用量每次1～2包(成人) ……
请回答 (1)富马酸亚铁中含有 4 种元素,C、H、Fe、O的原子个数比为 4:2:1:4 。
170 （2）富马酸亚铁中的相对分子质量为 （3）若每次服1包补铁剂，摄入铁元素的质量是 (结果取整数) mg 66
专题复习化学计算之一
有关化学式的计算
启发中学 杨明妮
考点剖析
1）计算物质的相对分子质量 2）化合物中各元素的原子个数比 3）计算化合物中各元素的质量比 4）计算化合物中某元素的质量分数
考点复习:计算物质的相对分子பைடு நூலகம்量
典题:已知一个碳-12原子的质量为a kg,一个氧原子的质量 为b kg,则这种氧原子的相对原子质量为( ) C A a/12b B b/12a C 12b/a D 12a/b
1、阿司匹林（化学式为C9H8O4）是一种常见的解 热镇痛药．下列说法正确的是（ C ） A．阿司匹林中含有24个原子 B．阿司匹林属于有机高分子化合物 C．阿司匹林由碳、氢、氧三种元素组成 D．阿司匹林中碳、氢元素质量比为9：8 2、（2013•商水县）2012年11月，白酒塑化剂风波再次引 发食品安全领域的“地震”．塑化剂的化学式为 C24H38O4，对人体血液系统会造成损害．你认为下列说 法正确的是（ D ） A．塑化剂是一种氧化物 B．塑化剂由66个原子构成 C．塑化剂中碳、氢、氧三种元素的质量比为12：19：2 D．塑化剂中碳元素的质量分数约为73.8%
1、化合物中各元素的原子个数比：
计算化学
化学不再是一门 experiment and chemistry into a new era where 纯实验科学了！ theory can work together in the exploration of the
longer a purely experimental science.
properties of molecular systems. Chemistry is no
归纳法
演绎法
归纳法 F.Bacon,1561-1626
数据拟合 设计实验 实验数据 唯象理论 检验 “预测”
演绎法 R.Decartes，1596-1650
模型
公理假设 形式理论
二次形式化 近似、计算 和模拟
预测
实验 检验
归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较
依 据 归纳法 演绎法 实验事实 正确普适的 公理和假设 目 标 经验公式、 规律 唯象理论 形式理论 数学工具 较简单 较高级、 复杂
Gibbs 化学热力学
Arrhenius 化学动力学
反应速率常数：
k Ae
Ea
RT
量子力学的建立和发展促进了：
现代化学键理论奠基（1930） Pauling是杰出代表 Slater、Mulliken、Hund、Heitler-London 分别作出贡献 量子力学引入化学，促进量子化学、量子统计力学 形成 Einstein-Bose、Fermi-Dirac 两种统计理论 Hückel 分子轨道理论(HMO)（1932） Roothaan方程（1952） 计算量子化学发展
计 算
讲解人：
组长：
化 学
小组成员：
计算化学及其应用-05-MO计算中的基组PPT课件
• DZP – 带极化函数的DZ
-
19
Effect of Polarization Functions
-
20
弥散函数
• 把指数很小的函数添加到基组中 • 需要的情形: 阴离子, 电负性高的原子F, Cl,
计算电子亲和能和气相酸度, 弱作用(氢键, 范德华作用) • 6-31+G – 对非氢原子添加弥散s和p函数 • 6-31++G – 对氢原子添加弥散s函数且对非 氢原子添加弥散s和p函数
r/2)
2px(r)
5 2p
/321/2xexp( 2p
r/2)
• 对氢原子, 它是精确的 • 通常用于原子计算 • 有正确的渐进性质(r→) • 在核处满足尖点条件(r→0) • 三中心和四中心双电子积分没有可用的公式
-
7
STO与类氢离子的径向函数
• 1s, 2p, 3d, 4f的指前因子为单项式, 它们之间相互 正交
自然轨道与原子轨道只是定性相似 因为正交, 所以轨道之间没有重叠, 与化学键性质
不符 所得到的电荷比较稳定, 与基组的关系不大 电荷, 键型, 杂化方向, 共振成份等
-
39
2s和2p自然原子轨道 (乙烷, B3LYP/6-311++G**)
-
40
AIM(分子中的原子)方法
• 电子密度与波函数不同, 是一个可观测的真 实量
• 从分子轨道理论得到原子电荷和键级的关键的确 定“分子中的原子”!
• 分子中的原子类似与自由原子, 因此其原子轨道应 该是最小原子轨道, 而不是计算必须使用的双Zeta 或更高的基组
• 相对于自由原子, 分子中的原子的原子轨道要收缩 (失去电子时)或膨胀(得到电子时), 这由分子波函 数来确定, 并不是事先指定的
-
19
Effect of Polarization Functions
-
20
弥散函数
• 把指数很小的函数添加到基组中 • 需要的情形: 阴离子, 电负性高的原子F, Cl,
计算电子亲和能和气相酸度, 弱作用(氢键, 范德华作用) • 6-31+G – 对非氢原子添加弥散s和p函数 • 6-31++G – 对氢原子添加弥散s函数且对非 氢原子添加弥散s和p函数
r/2)
2px(r)
5 2p
/321/2xexp( 2p
r/2)
• 对氢原子, 它是精确的 • 通常用于原子计算 • 有正确的渐进性质(r→) • 在核处满足尖点条件(r→0) • 三中心和四中心双电子积分没有可用的公式
-
7
STO与类氢离子的径向函数
• 1s, 2p, 3d, 4f的指前因子为单项式, 它们之间相互 正交
自然轨道与原子轨道只是定性相似 因为正交, 所以轨道之间没有重叠, 与化学键性质
不符 所得到的电荷比较稳定, 与基组的关系不大 电荷, 键型, 杂化方向, 共振成份等
-
39
2s和2p自然原子轨道 (乙烷, B3LYP/6-311++G**)
-
40
AIM(分子中的原子)方法
• 电子密度与波函数不同, 是一个可观测的真 实量
• 从分子轨道理论得到原子电荷和键级的关键的确 定“分子中的原子”!
• 分子中的原子类似与自由原子, 因此其原子轨道应 该是最小原子轨道, 而不是计算必须使用的双Zeta 或更高的基组
• 相对于自由原子, 分子中的原子的原子轨道要收缩 (失去电子时)或膨胀(得到电子时), 这由分子波函 数来确定, 并不是事先指定的
《化学反应中的有关计算》定量研究化学反应PPT课件
该同学很快列出计算过程，求出了氯化钾的质量。请你帮该同学检查是
否正确。
解：设生成 KCl 的质量为 x。
2KClO3=M=△n=O=2=2KCl＋3O2↑
122．5
74.5
27．5 g x
122.5 74.5 27.5 g＝ x
x＝16.7 g
答：生成 KCl 的质量为 16.7 g。
请回答下列问题： (1)从图中可知完全反应后生成的 O2 质量是 99..66gg。 (2)上述计算过程是否正确？错误(选填“正确”或“错误”)。如果错 误，请你重新利用化学方程式计算生成 KCl 的质量。
解：设生成 KCl 的质量为 x。
2KClO3=M=△n=O=2=2KCl＋3O2↑
149 96
x 9.6 g
19469＝9.x6 g
x＝14.9 g
答：生成 KCl 的质量为 14.9 g。
（D ）
5．某学生计算 30 g 碳与足量的氧气反应，可以得到 x g CO2 时，出现了
以下几种算式，其中正确的是
（B）
A.3102g＝4x4
B.1424＝30x g
C.1x2＝3404g
D.1x2＝3404g
6．12 g 镁在足量的氧气中完全燃烧，可得到氧化镁的质量为 A．16 g B．20 g C．28 g D．40 g
口诀：
三化学反应中的计算 化学式子要配平， 必须纯量代方程， 单位上下要统一， 左右倍数要相等， 遇到两个已知量， 应照不足来进行， 含量损失与产量， 乘除多少应分清。
知识点 1：利用化学方程式进行计算的依据
1．利用化学方程式计算的依据是 A．化学方程式表示了一种化学反应过程
（） C
B．化学方程式．KClO3
初中化学计算题PPT课件
=〔20%(d1+d2)+10%(d2-d1) 〕÷(d1+d2) ×100%
=20%+ 〔10%(d2-d1) 〕÷(d1+d2) ×100%
SO2 1g50%0.5g 5
SO3 1g60%0.6g 6 所含氧元素的质量 5:比 6选为 B。
.
10
方法（2）关系量法：
SO2 2O SO3 3O
64
32 80
48
1
x1
y
x: y 5: 6
.
11
FeO FeO3/2 FeO4/3
例5.在FeO、Fe２Ｏ３、Fe３Ｏ４三种化 合物中，与等质量铁元素相结合的氧元 素的质量比为( A )
A.20% B.小于20% C.大于20% D.无法确定
解：设两种溶液的体积均为V。
则混合后溶液的溶质质量分数为
(Vd1×10%+Vd2×30%) ÷(Vd1+Vd2) ×100%
= (d1×10%+d2×30%) ÷(d1+d2) ×100%
=〔d1×(20%-10%）+d2×（20%+10%) 〕÷(d1+d2) ×100%
.
26
X=46g-46g=0
根据元素守恒，M中 一定含C，H元素，是 否含O，必须计算。
一定条件
解： M + O2 → CO2 + H2O
46?g 96g
88g
54g
＜ 参加反应的氧
气的质量=96g
反应后O元素质量 =88g×(32/44)+54g×(16/18） =112g
所以M中一定含有C,H.,O元素
解：设稀释后溶液中溶质的质量分数为x%
第2讲 化学常用计量ppt
(3)物质结构和晶体结构 考查一定物质的量的物质中含有多 物质结构和晶体结构:考查一定物质的量的物质中含有多 物质结构和晶体结构 少微粒(分子､原子､电子､质子､中子等 时常涉及稀有气体 少微粒 分子､原子､电子､质子､中子等)时常涉及稀有气体 分子 为单原子分子,Cl 为双原子分子等｡ 为单原子分子 2､N2､O2､H2为双原子分子等｡晶体结构中 常考的有P 金刚石､石墨､二氧化硅等｡ 常考的有 4､金刚石､石墨､二氧化硅等｡ (4)氧化还原反应 考查指定物质参加氧化还原反应时 常设置 氧化还原反应:考查指定物质参加氧化还原反应时 氧化还原反应 考查指定物质参加氧化还原反应时,常设置 氧化还原反应中氧化剂､还原剂､氧化产物､还原产物､ 氧化还原反应中氧化剂､还原剂､氧化产物､还原产物､被氧 得失)数目方面的陷阱 化､被还原､电子转移(得失 数目方面的陷阱｡要关注 2O2 被还原､电子转移 得失 数目方面的陷阱｡要关注Na 等反应中电子转移数目的判断｡ 和H2O､CO2等反应中电子转移数目的判断｡ ､
结论 公式 语言叙述 同温､同压下 气体 同温､同压下,气体 的体积与物质的量 成正比 温度､ 温度､体积相同的 气体,压强与物质 气体 压强与物质 的量成正比 物质的量相等､压 物质的量相等､ 强相同的气体,其 强相同的气体 其 体积与温度成正比
T､p相同 ､ 相同
n1 V1 = n2 V2
p1 n1 = p2 n2 V1 T1 = V2 T2
2 = 14
选项C求解的关键是正确书写氧化还原反应方程式 该反应的 选项 求解的关键是正确书写氧化还原反应方程式,该反应的 求解的关键是正确书写氧化还原反应方程式 化学方程式为Cl 化学方程式为 2+2NaOH＝NaCl+NaClO+H2O,在标准状 ＝ 在标准状 况下当有1 参与反应时,转移的电子总数为 转移的电子总数为n 正 况下当有 mol Cl2参与反应时 转移的电子总数为 A,C正 中应注意到Fe 是弱碱阳离子,在水中易水解 在水中易水解,因 确｡选项D中应注意到 3+是弱碱阳离子 在水中易水解 因 选项 中应注意到 此在溶液里含有Fe3+的数目小于 的数目小于0.1 nA,D错｡ 此在溶液里含有 错 [答案 C 答案] 答案
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法（Density 电子-核相互作用和说明剩余
Functional 电子相互作用的交换相关项
Theory
这几部分进行分别计算
Methods,DFT）
需要描述稳定点时必须考虑的问题
目的
寻找极小值
寻找过渡态
虚频数
0个
显示
是极小值
1个
不是极小值
处理
比较其他异构体，得到最小值
继续寻找，尝试改变对称性，或按虚 频的振动模式修正分子结构
0个 1个 多个
是极小值
尝试Opt=QAT或QST3寻找过渡态
是过渡态
判断其是否与反应物，产物相关
是高阶鞍点，不是连接两 点的过渡态
6-31+G(d)
[H-Cl]
6-31G(d,p)
[H-Cl]
6-311+G(d,p)
[H-Br]
6-311+G(2d,p)
[H-Br]
描述与说明 最小的基组，适用于较大的体系
在重原子上增加极化函数，用于大多数情况下计算 在氢原子上增加极化函数，用于精确能量计算 增加弥散函数，适用于孤对电子、阴离子和激发态 在氢原子上增加p函数，6-31G(d,p)基础上增加弥散函数 在6-31G(d)基础上加额外的价函数，如果需要也可以通过加上一“+”来实现对氢原子 加上弥散函数 对重原子加上2d函数，并加上弥散函数，对氢原子加上1p函数
尝试QST2，或者检查虚频对应的振动 模式，其中之一可能是指向反应物和 产物，在该点的过渡态方向下修正分 子，重新计算
6 基组的选择
量子化学中的基组用于描述体系波函数的若干具有一定性质的函数。基组 是体系内轨道的数学描述。根据体系的不同，需要选择不同的基组，构成 基组的函数越多，基组便越大，计算的精度也越高，计算量也随之增大。
6-311+G(2df,2p) [H-Br]
对重原子加上2d和1f函数，并加上弥散函数，对氢原子加上2p函数
6-311++G(3df,2pd) [H-Br]
对重原子加上3d和1f函数，对氢原子加上2p和1d函数，并且二者都加上弥散函数
7 选择合适的理论模型
适用范围
优点
缺点
代表方法
因为在自然情况下分子主要以能量最低的形式存在，故对分子性质的研究是从优化而不是单点能
计算化学 ppt总结
XXX 201 年 月 日
CONTENTS 目录
1 计算模型 2 GaussView使用简介 3 单点能计算 4 几何优化
CONTENTS 目录
5 频率计算 6 基组的选择 7 选择合适的理论模型
1 计算模型
计算化学的方法主要有分子力学理论（Molecular Mechanics)和电 子结构理论（Electronic Structure Theory)
பைடு நூலகம்
化学模型的应用
1.模型的建立
3.分子的各种谱图 4.分子中的化学键
2.分子的稳定构形 3.化学反应的机理
2 GaussView使用简介
一、构建高斯的输入文件 二、以图的形式显示高斯计算的结果
3 单点能计算
单点能计算是指对给定几何构型的分子的能量以及性质进行计算。可用 于： 1.计算分子的基本信息 2.分子构型优化前的检查 3.由较低等级计算得到的优化结果上进行高精度的计算 4.计算条件下，体系只能进行单点计算 5.单点能的计算可以再不同理论等级，采用不同基组进行
半经验方计法算开始1。.非常大的 系统
因为参数来自于特殊 不能处理氢键、过渡 AM1、PM3、MNDO
2.处理大体系的第一步
的体系，所以其计算 态和没有良好参数的
3.简单有机分子
针对这一类体系有较 原子
4.一些分子的定性研究：分 高的准确性
子轨道、原子电荷、振动简
正模式
电子相关和 后SCF方法
MPn方法特别适合进行化学
反应的模拟计算；耦合簇方 法和QCI方法提供高于MP4等 级的处理电子相关的方法
精度上有所提高
MPn方法以HF方法为 MP微扰理论（包括
基础，因而受到HF方 MPn,n=2、3、4、
程的局限，不能很好 5）；二次相关能；
的处理非限制性开壳 耦合簇方法；
层体系
Brueckner Double能
密度泛函方 通过把电子能量分成动能，
4 几何优化
因为在自然情况下分子主要以能量最低的形式存在，故对分子性质的研 究是从优化而不是单点能计算开始。 势能面：分子可能的结构所对应的能量值的图形。能量最低的点叫全局 最小点；势能面上某一区域内能量最小的点叫局域最小点，一般对应着 可能存在的异构体；鞍点是势能面上在一个方向有极大值而在其他方向 上有极小值的点，通常对应的都是过渡态。 寻找极小值：对于所有的极小值和鞍点，其能量的一阶导数(梯度)，都是 零，这样的被称为稳定点。 自洽场（self-consisitent field,SCF）:一种求解全同多粒子系的定态薛定 谔方程的近似方法。 收敛标准：当计算出的两个能量值的差落在默认程序的标准之内时，程 序就认为收敛达到，优化结束。
1.斯莱特型基组
2.高斯型基组 3.压缩高斯型基组
最小基组 劈裂价键基组 极化基组 弥散基组 高角动量基组
4.第三周期以后的原子基组
6 基组的选择
基组
应用原子
STO-3G
[H-Xe]
3-21G
[H-Xe]
6-31G(d)(6-31G*) [H-Cl]
6-31G(d,p)(6-31G**) [H-Cl]
分子力学理论
电子结构理论
异 采用经典物理对分子进行处理，方法便 基于薛定谔方程，采用量子化学方法对分子进
宜。
行处理，主要有半经验方法和从头算方法。
缺点：具有针对性、忽略电子
缺点：从头算的计算量很大
同 1.计算分子的能量 2.进行几何优化 3.计算分子内运动的频率
密度泛函（Density Functional Methods） 采用泛函（以函数为变量的函数）对薛定谔方程进行求解。由于此方法包含 了电子相关，其计算结果要比HF方法好，计算速度也快。
5 频率计算
1.红外和拉曼光谱（频率和强度） 频率分析的计算要采用能量对原子位置的二阶导数 2.为难进行的优化计算力常数 力常数是能量对坐标的导数 3.确认所优化构型的性质 无虚频表明所得结构式具有极小值的构型，一个虚频表明优化得到的是 过渡态，两个以上的虚频表明优化所得到的是高阶鞍点。 4.计算零点能和热能(用于对总能量的矫正)以及其他的如熵和函等热力学 性质。 计算的输入：同时设置几何优化和频率分析（Opt+Freq）