7计算化学简介汇编
计算化学简介
计算化学基本概念分子模拟(Molecular Modeling)泛指用于模拟分子或分子体系性质的方法，定位于表述和处理基于三维结构的分子结构和性质。
Quantum Mechanics (QM) 量子力学Molecular Mechanics (MM) 分子力学Theoretical Chemistry 理论化学Computational Chemistry 计算化学Computer Chemistry 计算机化学Molecular Modeling 分子模拟量子化学简介量子化学的研究范围和内容9稳定和不稳定分子的结构、性能，及其结构与性能之间的关系9分子和分子之间的相互作用9分子和分子之间的相互碰撞和相互反应等问题计算与预测各种分子性质(如分子几何构型、偶极矩、分子内旋势能、NMR、振动频率与光谱强度)预测化学反应过程中的过渡态及中间体、研究反应机理理解分子间作用力及溶液、固体中的分子行为计算热力学性质(熵、Gibbs函数、热容等)量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。
在量子力学中，粒子的状态用波函数来描述，它是坐标和时间的复函数。
为了描述粒子状态变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。
这个方程是薛定谔在1926年首先提出的，被称为薛定谔方程。
求解薛定谔方程，即可从电子结构层面来阐明分子的能量、性质及分子间相互作用的本质。
Schrödinger 方程The ab initio Molecular Orbital TheoryThe Hartree-Fock EquationThe Self-Consistent Field TheoryLinear Combination of Atomic OrbitalsBasis Sets: Slater-Type Orbitals(STO) and Gaussian-Type Orbitals(GTO) 当我们决定由原子轨道线性组合成分子轨道时，就要考虑采取什么数学形式来表示原子轨道。
专题07 化学式的计算 化合价-2021年中考化学真题分项汇编(第04期)(教师版含解析)
专题07 化学式的计算化合价1．(2021·辽宁阜新·中考真题)下列关于葡萄糖(C6H12O6)的说正确的是A．葡萄糖由6个碳原子、12个氢原子、6个氧原子构成B．葡萄糖中C、H、O三种元素的质量比为1：2：1C．葡萄糖的相对分子质量为178D．葡萄糖中碳元素的质量分数为40%【答案】D【详解】A、物质是由分子组成的，所以葡萄糖是由葡萄糖分子组成的，每个葡萄糖分子由6个碳原子、12个氢原子、6个氧原子构成，故选项错误；B、葡萄糖中C、H、O三种元素的质量比为(12×6)：(1×12)：(16×6)=6：1：16，故选项错误；C、葡萄糖的相对分子质量为12×6+1×12+16×6=180，故选项错误；D、葡萄糖中碳元素的质量分数为126100%=40%126112166⨯⨯⨯+⨯+⨯，故选项正确。
故选D。
2．(2021·湖北十堰市·中考真题)截止2021年6月，全球感染新冠病毒的人数近18亿，做好个人防护尤为重要。
过氧乙酸(C2H4O3)是一种常用的消毒剂，下列关于过氧乙酸的说法正确的是A．过氧乙酸属于氧化物B．过氧乙酸中碳、氧元素的质量比为2:3C．过氧乙酸是由2个碳原子、4个氢原子和3个氧原子构成D．过氧乙酸中氢元素质量分数最小【答案】D【详解】A、过氧乙酸是由碳、氢、氧三种元素组成的化合物，不属于氧化物，故选项说法错误。
B、过氧乙酸中碳元素、氧元素的质量比为(12×2): (16×3) =1: 2，故选项说法错误。
C、过氧乙酸是由过氧乙酸分子构成的，一个过氧乙酸分子是由2个碳原子、4个氢原子和3个氧原子构成，故选项说法错误。
D.过氧乙酸中碳、氢、氧的质量比为: (12×2): (1×4): (16×3)=6: 1: 12，可见其中氢元素质量分数最小，故选项说法正确。
中考化学真题分项汇编(全国通用)(第03期)专题07化学式、化合价及相关计算(原卷版+解析)
中考化学真题分项汇编（全国通用）（第03期）专题07 化学式、化合价及相关计算1. （2022山东聊城中考）2022年5月10日，我国科学家发现的新冠治疗新药千金藤素（C37H38N2O6）获得国家发明专利授权。
以下关于千金藤素的说法不正确的是A. 千金藤素由碳、氢、氮、氧四种元素组成B. 千金藤素中碳、氢、氮、氧四种元素的质量比是37：38：2：6C. 千金藤素分子是由碳原子、氢原子、氮原子和氧原子构成D. 千金藤素中碳元素的质量分数最大2．（2022湖南益阳中考）（3分）2021年诺贝尔化学奖成果是“在不对称有机催化方面的发展”。
脯氨酸就是其中一种常见的有机催化剂，其化学式为C5H9NO2。
下列有关说法正确的是（）A．脯氨酸属于氧化物B．脯氨酸由碳、氢、氮、氧四种元素组成C．脯氨酸由5个碳原子、9个氢原子、1个氮原子和1个氧分子构成D．脯氨酸中氢元素的质量分数计算式为×100%3．（2022湖南永州中考）我国科学家屠呦呦从传统中药中成功分离提取出抗疟疾的有效成分青蒿素，获得诺贝尔生理学或医学奖。
青蒿素的化学式为C15H22O5，下列说法不正确的是（）A．青蒿素分子中含有11个氢分子B．青蒿素的相对分子质量为282C．青蒿素中碳、氢元素的质量比为90：11D．青蒿素中氧元素的质量分数约为28.4%4．（2022湖南娄底中考）新冠疫情期间，医院常用甲基苯酚（化学式为C7H8O）对空气进行消毒，下列说法错误的（）A．甲基苯酚由C、H、O三种元素组成B．一个甲基苯酚分子中含有16个原子C．甲基苯酚中氧元素的质量分数最小D．甲基苯酚中氢元素与氧元素的质量比为1：25．（2022湖南邵阳中考）（3分）2022年4月16日，我国神舟十三号载人飞船成功返回，圆满完成长达六个月的“太空出差”任务。
本次运载火箭使用的燃料主要是偏二甲肼（C2H8N2）。
下列关于偏二甲肼的说法正确的是（）A．偏二甲肼是无机化合物B．偏二甲肼中氢元素的质量分数最小C．偏二甲肼中C、H、N三种元素的质量比为1：4：1D．偏二甲肼由2个碳原子、8个氢原子和1个氮分子构成6．（2022山东日照中考）白藜芦醇（C14H12O3）广泛存在于葡萄、桑棋等植物果实中，它具有抗肿瘤、抗氧化、延缓衰老等功效。
计算化学
计算化学化学是一门研究物质的性质、组成、结构、性质变化以及其相互作用的科学。
它探索了我们周围的世界是如何构建和运作的。
在这篇文章中，我们将深入了解化学的各个方面，包括其历史、基本概念、应用和未来发展。
化学的历史可以追溯到古代，当时人们通过观察和实验，了解了一些物质的性质和变化。
然而，直到科学方法的出现，化学才真正成为一门独立的学科。
在17世纪，罗伯特·波义耳提出的实验法则奠定了现代化学的基础。
他的研究使得化学能够准确地描述物质的性质和变化。
化学的核心概念之一是元素。
元素是构成一切物质的基本组成部分。
目前已知的元素有118个，其中92个是天然存在的，剩下的是人工合成的。
每个元素都具有独特的原子序数、质量和化学性质。
元素可以通过周期表来组织和分类，周期表分别按照元素的原子序数和化学性质进行排列。
化学反应是物质的转化过程。
在化学反应中，原始物质被转化成新的物质，化学键被断裂或形成，原子重新组合。
化学反应可以发生在不同的环境条件下，例如温度、压力和pH值的变化。
常见的化学反应类型包括酸碱中和、氧化还原和置换反应。
溶液是化学中的另一个重要概念。
溶液是由溶质和溶剂组成的混合物。
在溶液中，溶质的微粒被散布在溶剂中，形成一个均匀的混合物。
溶液的浓度可以通过溶质的质量或体积与溶剂的质量或体积之比来表示。
无机化学和有机化学是化学领域的两个重要分支。
无机化学研究无机物，包括金属和非金属化合物。
无机化合物在许多方面都起着重要作用，例如催化剂、药物和材料科学。
有机化学研究有机物，这些物质主要包含碳、氢和其他元素。
有机化合物在生物学、医药学和材料科学等领域具有重要应用。
化学的应用广泛涉及到许多领域。
在药学中，化学家开发新药物，研究它们的作用机制和副作用。
在环境科学中，化学家研究污染物的成分和排放，以寻找减少环境影响的解决方案。
在材料科学中，化学家研究新材料的合成和性能，用于制造更好的产品。
化学还在食品科学、能源生产和其他许多领域发挥着重要作用。
第11章 计算化学简介
从头计算也分不同的层次，最基本的是Hartree-Fock
（HF）方法，包括限制性Hartree-Fock（RHF）和非限制
性Hartree-Fock（UHF）。RHF主要用于闭壳层体系，UHF 主要用于开壳层体系。为了某些目的，开壳层体系也用限制 性Hartree-Fock计算，称为ROHF。 超越Hartree-Fock水平的方法统称为Post-SCF，有许多
求解。 如果正交归一函数系是算符的本征函数系, 算符的矩阵为对角 阵，对角元是本征值：
反过来，若能使矩阵对角化，就意味着算符进入了自身表 象；对Hamilton算符，矩阵对角化就意味着进入能量表象，对
角元就是能量本征值。
包括n个本征矢量和n个本征值的本征方程，不仅算符是方 阵，本征（列）矢量也集合成一个方阵：
“当接近90年代快结束的时候，我们看到化学理论和计算的
研究有了很大的进展，其结果使整个化学正在经历着一场革命性 的变化。” “这项突破被广泛地公认为最近一二十年来化学学科中最重 要的成果之一。” “Pople已经将量子化学发展成为广大化学家所使用的工具， 将化学带入一个新时代，在这个新时代里，实验和理论能够共同 协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯实验科学了。”
P.A.M.Dirac的名言是这一境况的真实写照：“大部分物理学和全
部化学的定律之数学基础，我们已完全了解，而唯一的困难仅仅 是正确应用这些定律时所导出的方程，解起来太困难”。分子轨
道理论的奠基人R. S. Mulliken在1958年表示，对精确的量子化学
计算不抱希望。当时，持这种观点的化学家不在少数。
一预言在以后的岁月里逐步变为现实。
分子轨道对称性守恒原理的发现和应用，使量子化学由面向 静态发展到面向动态，福井谦一和R. Hoffmann因这项里程碑式
计算化学概述
公理假设
形式理论
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
•
迄80年代，归纳法是多数化学家采用的唯一科 学方法；演绎法在化学界从未得到普遍承认
间的相互作用、相互碰撞与相互反应等）
• 小分子体系－纳米尺度(Feyman的纳
米世界)
• 计算方法的改进和融合
计算化学研究一般包括三个阶段：
(1)选择方法：选择描述体系中分子内和分子间相互作用的 模型，一般采用量子力学和分子力学。计算体系中各种 原子、分子排布的能量，并能得到系统能量随原子分子 位置改变的相应变化。 (2) 计算过程。如能量最小化，分子动力学或蒙特卡洛模拟， 构象搜索。 (3) 结果分析和误差评价。分析计算数据，从中提取相关的 分子性质；检查计算的实施是否正确无误，以及结果误 差的评价。
用从头算方法可以对分子结构进行最准确和精确的描可以描写分子的各种性质得到其准确能量预测其反应性能从头算分子轨道方法可以描写结构性质能量和反应性能计算成本高由于其要处理所有的核和电子是一个非常复杂的多体问题另外化学能量仅仅是总能量的很小一部分约1或更小因此要得到化学上准确的结果就需要得到十分精确的体系能量因此计算成本也十分高随着计算机技术的发展这种情况在逐步得到改善对于很小的体系已经可以进行十分准确的计算了无论物理学家还是化学家都对电子密度有很深的印象那么能不能从电子密度来得到体系的性质呢特别是得到我们最关心的性质比如体系的能量
“成熟程度”。表明各学科研究对象 物质运动形
式与规律 其复杂程度的差异
计算化学第一章
当代计算机技术的飞速发展， 为计算机的广泛应用提供了 广阔而光明的前景。特别是 个人计算机（微机）的普及， 使得每一个教师和学生将计 算机应用于教学、学习和工 作之中成为可能。
当代社会竞争日趋激烈，当代 社会的要求是复合型的人才， 即既要求人才具有坚实的基 础理论，又具有扎实的专业 实验技能，同时还具有熟练 的计算机应用能力，特别是 精通与本专业相关的计算工 作。
以量子化学为例，目前量 子化学或第一原理计算程 序与软件，是国际性的研 究团体多年辛勤劳动与智 慧的结晶，其成就不是个 别人短期工作可以得到的。
数学家、化学家John Pople一生致力于量
子化学和计算化学的研究，他所建立的方
法被广泛用于分子、分子的性质以及化学
反应作用过程的理论研究，这些方法基于
量子力学基本原理，将分子的特性以及某
一化学反应输入计算机后，输出的将是对
该分子的性质以及化学反应发生情况的描
述，其结果常被用来解释各种类型的实验
在化学方面包括——无机化学、 有机化学、分析化学、高分子 化学、结构化学、环境化学
所用计算方法包括——线性代 数、微积分、数值逼近、概率 统计、最优化、拓扑、数据库
计算化学的类型
1. 以计算机体系为主的计算化学
2. 以计算数学为主要体系的计算化学 和化工 3. 以化学应用为主的计算化学 4. 以介绍应用程序为主的计算化学 5. 以介绍在化学分析仪器中使用电子 计算机为主的计算化学
化学要解决的问题
因此，可以说在今后的一 段时期内，计算机辅助结 构解析、分子设计和合成 路线设计将是计算机化学 的主题。
学科交叉天地
计算机化学的诞生迎合 了时代发展的需要，它 帮助化学家，促进化学
界的研究方法和工业界 的生产方式不断革新。
有关化学计算知识点总结
有关化学计算知识点总结化学计算是化学的一个重要分支，它涉及到化学反应的定量计算、质量和体积的关系以及化学物质的摩尔计算等内容。
化学计算的重要性在于它能够帮助我们准确地预测化学反应的结果，为实验设计和数据解释提供依据。
1. 化学计算的基本概念化学计算是指利用数学方法，根据各种化学原理和规律进行化学问题的计算。
它是化学理论与实践相结合的重要环节。
2. 化学计算的基本单位在化学计算中，最基本的单位有两种，一种是质量单位，另一种是体积单位。
在质量单位中，常用的单位有克、毫克、克和千克。
其中，1克=1000毫克、1千克=1000克。
在体积单位中，常用的单位有升（L）和毫升（mL）。
其中，1升=1000毫升。
3. 物质的摩尔计算摩尔是化学中最基本的计量单位，它代表物质的量。
摩尔的定义是具有6.022×10^23个单位物质的数量，这个数量通常称为阿伏伽德罗常数。
利用阿伏伽德罗常数，可以将物质的质量和分子数之间进行转换。
具体的计算公式如下：n= m/M其中，n代表物质的摩尔数，m代表物质的质量，M代表物质的摩尔质量。
从这个公式可以看出，物质的质量和摩尔数之间是可以相互转换的。
4. 化学反应的平衡计算在化学反应中，往往需要进行平衡计算，以确定反应物的摩尔量和生成物的摩尔量。
平衡计算的基本原则是反应物和生成物的摩尔比应该符合反应方程式。
在进行平衡计算时，首先需要根据反应方程式确定反应物和生成物的摩尔比。
然后，根据已知的物质的摩尔量和摩尔比进行计算，以确定其他物质的摩尔量。
5. 化学反应的计算量化学反应的计算量包括反应物的质量、生成物的质量、反应物的摩尔量和生成物的摩尔量。
这些计算量可以根据给定的条件和反应方程式进行计算。
在进行化学反应的计算时，一般需要遵循以下步骤：（1）根据反应方程式确定反应物和生成物之间的摩尔比。
（2）根据已知的物质的摩尔量，使用平衡计算方法确定其他物质的摩尔量。
（3）根据摩尔量和摩尔质量之间的关系，计算物质的质量。
高中化学化学计算归纳
高中化学化学计算归纳化学计算在高中化学学习中占据着重要的地位，它是化学实验和理论知识相结合的产物，通过计算来揭示实验现象背后的化学规律。
本文将从化学计算的基本概念、常见计算方法和应用等方面进行归纳，以帮助高中化学学习者更好地理解和掌握化学计算。
一、化学计算的基本概念化学计算是指利用已知的实验数据和相关的化学理论知识来推导出未知化学量或判断化学反应的进行程度的过程。
它基于化学反应的质量守恒、能量守恒和化学计量关系等基本原理，是化学领域中不可或缺的部分。
化学计算的核心思想是通过数值计算来揭示化学反应中物质的转化关系，其中包括质量比计算、摩尔计算、容量计算等。
质量比计算主要是根据反应物和生成物的质量之间的化学计量关系来推导出未知物质的质量。
摩尔计算是以化学物质的摩尔质量为基础来计算相关化学量，它可以揭示化学反应中的摩尔比和生成物的摩尔质量等关键信息。
容量计算则是通过反应物溶液体积与摩尔浓度的关系来推导出未知物质的浓度。
二、常见的化学计算方法1. 质量比计算质量比计算是化学计算中最常见的方法之一，它基于化学反应的化学计量关系。
通过已知物质的质量和化学计量关系，我们可以计算出未知物质的质量。
例如，当我们知道氮气和氢气按1:3的质量比进行反应时，求氢气在该反应中的质量。
根据质量比计算的原理，我们可以设氮气的质量为x克，则氢气的质量为3x克。
通过化学计量关系可知，氢气的质量和氮气的质量之比为3:1，因此氢气的质量为3x克。
2. 摩尔计算摩尔计算是根据化学物质的摩尔质量来计算相关化学量的方法。
在化学计算中，我们常常使用摩尔质量作为单位来计算物质的质量、摩尔数和体积等。
摩尔质量的计算公式为：摩尔质量=相对分子质量/相对原子质量。
例如，当我们知道铁的摩尔质量为56g/mol时，求铁2.5mol的质量。
可以使用摩尔质量计算公式，将铁的摩尔质量代入公式中，得到铁2.5mol的质量为2.5mol × 56g/mol = 140g。
化学的计算知识点总结
化学的计算知识点总结一、原子结构和化学键1. 原子结构原子是化学世界的基本单位，由质子、中子和电子组成。
质子和中子组成原子核，电子围绕原子核运动。
原子的质子数和电子数相等，原子的中子数等于原子质子数与原子序数的差。
原子序数即为元素的序数，它代表了元素原子核中的质子数，而元素的质量数则代表了其中质子和中子的总数。
2. 化学键化学键是化学元素之间相互结合的力。
共价键是指两个非金属原子通过共享电子形成的化学键，离子键是指金属和非金属原子之间的电子转移形成的化学键，金属键是指金属原子通过电子海模型相互连接的力。
二、摩尔概念和化学式的计算1. 摩尔概念摩尔是表示物质量的单位，摩尔的定义是6.02×10^23，即阿伏伽德罗常数。
摩尔质量是指1摩尔物质的质量，它等于元素的相对原子质量或化合物的相对分子质量。
2. 化学式的计算化学式是指表示某种化合物中元素类型和元素比例的符号。
元素和其所含的原子数量的比例成为元素的化学式。
对于分子化合物，它们的化学式反映了元素组成的简化比例。
分子式是以最简比例来表示原子的个数，离子式是指化合物中离子种类和个数的比例。
化学式的计算需要根据化合物的元素比例以及各元素的质量数来确定。
三、物质的化学计量和化学反应的计算1. 物质的化学计量物质的化学计量是指在化学反应中化合物和原子比例的计量。
摩尔的概念为物质的化学计量提供了便利的计算方式。
2. 化学反应的计算化学反应的计算需要考虑反应物和生成物的摩尔比例，以及物质的化学计量关系。
化学平衡方程式中的系数表示了反应物和生成物的摩尔比例，在进行化学反应的计算时需要考虑反应物和生成物的物质的摩尔数、质量和体积等。
四、氧化还原反应的计算1. 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指物质在化学反应中失去或获得电子的过程。
其中，失去电子的物质被称为氧化剂，而获得电子的物质被称为还原剂。
在氧化还原反应中，氧化数是衡量原子得失电子量的指标其中，原子的氧化数是根据元素在化合物中的负离子形式放的；电子是带有负电荷的基本粒子，被原子核定在周围的位置，带有负电子时的物质被称作阴离子。
计算化学简介
L H1n − ES1n L H2n − ES2n = 0 L LLLL
L Hnn − ESnn
理论与计算化学实验室
Lab of Theoretical & Computational Chemistry
久期行列式是能量的n次多项式，它有n个根，但未 必都不同，
E1 ≤ E2 ≤ E3 ≤ L ≤ En
能，可以近似为一个电子受到其它电子的排斥而引入
的平均势能，因此它只与第i个电子的坐标有关。
理论与计算化学实验室
Lab of Theoretical & Computational Chemistry
第i电子的运动状态能够用单独的波函数Ψi 描述，且 称Ψi为分子中的单电子波函数，即为分子轨道。
如果分子轨道的计算仅在非相对论近似，BornOppenheimer近似和单电子近似的基础上进行则 被称为从头算(ab initio)。
∑( ) ∑( N
N
= δψ i | hi |ψ i + ψ i | hi | δψ i + δψ i | J j − K j |ψ j
i
i, j
) − ψ i | J j − K j | δψ i
labcomputationalchemistry理论与计算化学实验室二分子波函数的slater行列式表示hartree乘积computationalchemistry理论与计算化学实验室三lcao近似下的电荷密度表示原子轨道的线性组合linearcombinationatomicorbitalslcaoij是kronecker符号而s的重叠积分即labcomputationalchemistry理论与计算化学实验室对整个r的积分应等同于体系中的总电子数即考察一下lcao近似中的电荷密度表示式分子中位置r处的电荷密度可以通过电荷密度期望值算符得到computationalchemistry理论与计算化学实验室四闭壳层组态的能量表达式变分原理的简单表达式是给定任一个满足体系所需边界条件的试验性的n电子波函数则其精确的基态能量e变分原理labcomputationalchemistry理论与计算化学实验室如果一个试验函数依赖于许多任意参量computationalchemistry理论与计算化学实验室将能量e对n个系数求极小构成一组n个久期方程式ijij2222212112121111nnnn仅仅在选择能量e的值使元素为hijesij的久期行列式等于零时才可得到非零解即labcomputationalchemistry理论与计算化学实验室久期行列式是能量的n次多项式它有n个根但未必都不同可由久期方程和归一化而得到相应于每个能量e的波函数labcomputationalchemistry理论与计算化学实验室ijklljki所得波函数是正交归一的
计算化学
在玻恩-奥本海默近似下对原子核坐标变量与电子变量进行分离后，与核自由度相关的波包通过与含时薛定谔 方程全哈密顿量相关的演化算符进行传播。而在以能量本征态为基础的另一套方法中，含时薛定谔方程则通过散 射理论进行求解。原子间相互作用势由势能面描述，一般情况下，势能面之间通过振动耦合项相互耦合。
经验方法是对半经验方法的进一步近似。经验方法并没有包括哈密顿量的双电子部分。经典方法包括埃里 克·休克尔提出的应用于π电子体系的Huckel方法和Roald·霍夫曼提出的扩展Huckel方法。
半经验计算比第一原理计算快很多。但是如果计算的分子与参数化该方法时使用的分子结构不相近时，半经 验方法可能给出完全错误的结果。
进行参数化的化合物库对分子力学方法的计算成功与否至关重要。针对某类分子优化的力场只有在应用于同 类分子时才可保证得到可信的结果。
感谢观看
用于求解波包在分子中的传播的主要方法包括
分子动力学使用牛顿运动定律研究系统的含时特性，包括振动或布朗运动。大部分情况经常加入一些经典力 学的描述。分子动力学与密度泛函理论的结合称作Car-Parrinello方法。
半经验方法
半经验方法省略或近似处理了Hartree-Fock计算中的一些项（例如双电子积分）。为了修正这些近似方法带 来的误差，半经验方法计算使用了一系列由实验结果拟合的参数。有时，这些参数是根据第一原理计算结果进行 拟合的。
半经验方法在有机化学领域应用最为广泛，因为有机分子的大小适中并主要由少数几种原子构成。
与经验方法类似，半经验方法也可分为两大类：
化学计算题基础知识汇编及练习测试题经典
化学计算题基础知识汇编及练习测试题经典一、中考化学计算题1．某化学兴趣小组的同学在实验室配制溶质质量分数为8％的氢氧化钠溶液，并用其测定某稀盐酸中溶质的质量分数。
下图表示用该氢氧化钠溶液与10g某稀盐酸发生反应时溶液温度的变化情况。
试计算稀盐酸中溶质的质量分数。
【答案】14．6%【解析】试题分析：由于中和反应放热，故随着反应的进行，溶液的温度逐渐升高，直至反应恰好完全，溶液温度达到最高，故根据图示可判断，当加入氢氧化钠那溶液的质量为20g时，反应恰好完全解：分析图知与10g稀盐酸恰好完全反应的氢氧化钠质量为：20g×8%=1．6g设稀盐酸中溶质的质量为xNaOH+HCl=NaCl+H2O40 36．51．6g x40：1．6g=36．5：xx=1．46g稀盐酸中溶质的质量分数为：1．46g/10g=14．6%答：稀盐酸中溶质的质量分数为14．6%考点：根据化学方程式计算2．我国化工专家侯德榜发明了侯氏制碱法，为世界制碱工业作出了突出贡献。
（1）主产品Na2CO3的俗名是_____，副产品氯化铵中阳离子符号为_____。
（2）在实际生产中，产品Na2CO3中常混有少量的NaCl，现有样品11.0g，将其放入干净的烧杯中，向烧杯中逐滴加入溶质质量分数为7.3%的稀盐酸，反应后烧杯中物质的质量与滴入稀盐酸的质量关系如图所示。
①图中A点表示_____，B点的溶质为_____。
②计算样品中Na2CO3的质量分数_____（计算结果精确至0.1%）【答案】纯碱或苏打 NH4+ Na2CO3与盐酸或HCl恰好完全反应 NaCl、HCl 96.4%。
【解析】(1)Na2CO3的俗名是纯碱或苏打，氯化铵中的阳离子是铵根离子，符号为NH4+。
(2)①由图像可知，当滴入上述稀盐酸至图中A点时，加入的稀盐酸恰好与碳酸钠反应。
由图像可知，当滴入上述稀盐酸至图中B点时，加入的稀盐酸的量是过量的，烧杯中溶液里的溶质为NaCl、HCl。
化学计算公式总结
化学计算公式总结一、计算相对原子质量某原子的质量（kg）原子的相对原子质量＝——————————————如：碳原子质量(kg)×1∕12氢原子的质量（Kg）1.674×10-27 KgAr（H）= —————————— = ———————————≈ 1碳12原子质量的×1∕12（Kg）1.9927×10-26kg×1∕12原子的相对原子质量=原子核内质子数 + 核内中子数如：氢原子的相对原子质量 = 1（质子数）+ 0（中子数）＝1氧原子的相对原子质量= 8（质子数）+ 8（中子数）＝16二、根据化学式的计算1、根据化学式计算物质的相对分子质量氢气的相对分子质量：Mr（H2）＝1×2＝2水的相对分子质量： Mr（H2O）= 1×2 + 16×1=18 2、计算化合物中元素的质量比化合物H2O2中，H、O两种元素的质量比= 1×2︰16×2 = 1︰163、计算化合物中某一元素的质量分数12×1 例：化合物CH4中，碳元素的质量分数：C ％ = ————×100 = 75％12+1×41×4氢元素的质量分数：H ％ = ————×100 = 25％12+1×4或H ％＝100%－75% ＝ 25%三、关于溶液的计算公式1、溶液质量= 溶质质量+ 溶剂质量= 溶液质量×溶液密度溶质质量2、溶质质量分数= ——————×100％.溶液质量溶质质量= 溶液质量×溶质质量分数= 溶液质量×溶液密度×溶质质量分数四、溶解度的计算公式溶质质量1、溶解度（S） = —————×100g（仅适用于饱和溶液）溶剂质量在饱和溶液中，溶质质量分数与溶解度的换算公式：溶解度溶质质量分数= ——————× 100%溶解度+100g溶解度=c×100g(C%为溶质质量分数)100c为26.5%,则该温度下，NaCl 的溶解度为:S==⨯-g gg g1005.261005.2636g五、稀释前溶质质量 == 稀释后溶质质量（向浓溶液里加溶剂稀释）六、混合前溶质质量之和 == 混合后溶质质量（两种不同浓度的溶液混合）100g 溶质质量分数为10%的KNO3溶液与50g 溶质质量分数为20%的KNO3溶液混合后的溶质质量为：100g ×10% + 50g ×20% = 10g + 10g = 20g 两种溶液混合后的溶质（KNO3）质量分数为：KNO 3% ==⨯+⨯+⨯%10050100%2050%10100gg g g 13.3%+1+6-2七、化合物中元素化合价代数和为零。
计算化学--总结ppt课件
化学模型的应用
1.模型的建立
2.分子的稳定构形
3.分子的各种谱图 3.化学反应的机理
4.分子中的化学键
5
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
6
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
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。
8
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）
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
什么是计算化学
什么是计算化学计算化学(Computational Chemistry) 在最近十年中可以说是发展的最快的化学研究领域之一。
究竟什么是计算化学呢？由于其目前在各种化学研究中广泛的应用，我们并不容易给它一个很明确的定义。
简单的来说，计算化学是根据基本的物理化学理论（通常是量子化学）以大量的数值运算方式来探讨化学系统的性质。
最常见到的例子是以量子化学计算来解释实验上各种化学现象，帮助化学家以较具体的概念来了解、分析观察到的结果。
除此之外，对于未知或不易观测的化学系统，计算化学还常扮演着预测的角色，提供进一步研究的方向。
另外，计算化学也常被用来验证、测试、修正、或发展较高层次的化学理论。
同时，更为准确或有效率计算方法的开发创新也是计算化学领域中非常重要的一部分。
计算化学其实是一门有着悠久历史的研究领域，自一九二零年代量子力学理论建立以来，许多科学家曾尝试以各种数值计算方法来深入了解原子与分子之各种化学性质。
然而在数值计算机广泛使用之前，此类的计算由于其复杂性而只能应用在简单的系统与高度简化的理论模型之中。
在十多年前笔者求学之时，计算化学仍是一门须具有高度量子力学与数值分析素养的人从事的研究，而且由于其庞大的计算量，绝大部分的计算工作需依靠昂贵的大型计算机主机或高阶工作站来进行。
计算化学的普及然而，此情况在九十年代中期开始有了重大的改变。
由于使用在个人计算机上的处理器（Pentium, Pentium Pro）以及外围设备（如高速内存及硬盘）的大幅进步，个人计算机的运算速度已经直逼一些传统的工作站；再加上个人计算机系统无需负担传统多人多任务系统中复杂的作业，使得个人计算机逐渐开始成为从事量子化学计算的一种经济而有效率的工具。
然而，早期为个人计算机操作系统所发展的计算化学软件非常有限，因为数十年来大部分的科学应用软件都是在Unix操作系统下所开发出来的，但当时在个人计算机上的Unix操作系统都非常昂贵且不易安装与使用。
初中化学知识点的化学式与化学计算
初中化学知识点的化学式与化学计算初中化学是化学学科的基础阶段，学生在这个阶段主要学习了一些基本的化学知识和概念。
其中，化学式和化学计算是初中化学中非常重要的知识点之一。
本文将从化学式和化学计算两个方面展开，详细介绍初中化学中的相关知识点。
化学式是用来表示化学物质的符号组合。
它由元素符号和化学元素结合数构成。
在初中化学中，我们主要学习了分子式和离子式两种常见的化学式。
分子式是用来表示分子的化学式。
分子式由元素符号和表示元素个数的下标构成。
例如，水（H2O）的分子式中，H表示氢元素，O表示氧元素，2表示该元素的个数为2。
分子式能够准确地反映出分子中元素的种类和个数，方便我们研究分子结构和性质。
离子式是用来表示离子的化学式。
离子式由元素符号和表示电荷数的上/下标构成。
例如，氯化钠（NaCl）的离子式中，Na表示钠离子，Cl表示氯离子，+表示钠离子带正电荷，-表示氯离子带负电荷。
离子式可以帮助我们理解物质的离子性质和反应过程。
化学计算是基于化学式的计算方法。
它主要包括摩尔质量的计算和化学反应的计算。
摩尔质量指的是物质的相对分子质量或相对公式质量。
它的单位是g/mol。
通过化学式，我们可以计算出物质的摩尔质量。
具体计算方法是将化学式中各个元素的摩尔质量相加。
例如，计算H2O的摩尔质量，需要将氢元素（H）的摩尔质量乘以2，再加上氧元素（O）的摩尔质量。
根据元素周期表或相关数据手册，我们可以得到氢的摩尔质量是1g/mol，氧的摩尔质量是16g/mol，因此H2O的摩尔质量为1*2+16=18g/mol。
化学反应的计算主要涉及到反应物的量之间的关系。
根据化学反应方程式，我们可以通过化学计算来预测反应物的量和生成物的量。
在化学计算中，我们主要使用化学方程式的配平系数来计算反应物的量和生成物的量的比例关系。
例如，对于平衡反应方程式2H2 + O2 → 2H2O，可以得知2mol的氢气和1mol的氧气反应生成2mol的水。
计算化学基础及其应用
计算化学基础及其应用第一章绪论§1.1 现代化学发展的特征之一：计算化学的蓬勃发展1 ⎬E∇φΛθ∅/ ，1998τƒ⎥ φς (ϒ φ⇓Z⎥π⎥!.P o p l e，和K o h n；WATOC（World Association of Theoretical Oriented Chemists）founed in 1982；2 各类量子化学、理论化学、计算化学等学术机构不断出现，人力、物力、财力向计算化学领域转移集中；中国化学学科的教研基地，几乎都成立了理论和计算化学研究中心：北大、南大、吉大、夏大、武大、山东大学、等等。
3 ϒ φ⎭σφ/ ι美国化学会, 英国皇家化学会, Elsevier, Springer等出版社；4 ≡π∉γ ϖ∑∴⇔〉ε(⇓©∣5 学术交流频繁2003.7 第一届国际理论化学、分子模拟和生命科学研讨会（中国科学院，北京）6 ⎪Λ∍ (∍ χ( : ⊆8⊗ ϖ≠∏ 第三种科研方法在过去，分子模拟/计算化学常常局限于那些能够接触到必要的计算机软硬件的少数科学家。
操作者自己编写程序，自己维护计算机系统，自己修复崩溃的系统。
今天，情况则发生了巨变：(1) 个人计算机/计算机工作站甚至较仅仅几年前的大型计算机的功能都要强大的多，而且能够相对便宜地买到；(2) 由于软件可以从商业公司或科研实验室得到，人们不必再自己编写程序。
现在，分子模拟可以在任何实验室或教室实施。
作为一个迅猛发展的学科，计算化学极大地得益于近年来计算机软硬件的飞速发展。
相当一部分计算工作可以由个人电脑/PC机完成。
第三种科研方法：实验研究，理论研究，计算模拟。
§1.2 计算化学概览1、几个概念的区别与联系常见的一些名称术语及其关系：相互渗透，相互依赖，部分重叠•物理化学物理理论→化学（四部分）•量子化学（量子力学→化学）•理论化学量子化学＋统计热力学•计算化学理论化学＝计算化学？•化学信息学化学－信息－计算机（CIC）•分子模拟分子模拟＝计算化学？量子化学－分子力学•化学计量学∈化学信息学Theoretical chemistry is a major ranch of physical chemistry, where the emphasis is on the properties of molecules and systems, and which use the techniques of quantum mechanics and statistical thermo-dynamics.- McGraw-Hill Encyclopedia of Chemistry, 19932、大多数的计算化学研究包括三个阶段：(1) 理论模型的选择。
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第七章 计算化学简介
N
| Hˆ1 | | Hˆ core( p) |
p
N i
1 (N )!
1(1) 2 (2) n (N )
i j
1 rij
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第七章 计算化学简介
7.1.2 轨道近似和分子状态波函数
一、单电子近似
在分子中，忽略电子间的瞬时相互作用，每个电子i都 处在所有核的库仑场和其余n-1个电子所形成的平均势 场中运动，第i个电子和所有n-1个电子之间的排斥能，
可以近似为一个电子受到其它电子的排斥而引入的平
| Hˆ | | Hˆ1 | | Hˆ 2 |
对于单电子部分，由于电子不可区别，且在Ψ中处于同 等地位，故对p的全部值，Ĥcore(p)的期望值必须相同， 于是只需考虑Ĥcore(1)，而且每一个分子轨道只能容纳 2个电子。由于Ĥcore(1)只与第一个粒子有关，即它只 作用于Ψ中的第一列，因此需要我们把Ψ的第一列展开。
n (2n 1) (2n 1)n (2n) (2n)
1 (2n)!
1 (1)1
(2)
n (2n 1)n (2n))
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第七章 计算化学简介
三、LCAO近似下的电荷密度表示
原子轨道的线性组合 (Linear Combination of Atomic Orbitals，LCAO)
i ci
c*icjS ij
式中δij是Kronecker δ符号，而Sμν是原子函数φμ和φν
的重叠积分，即
S (1) (1)d1
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第七章 计算化学简介
考察一下LCAO近似中的电荷密度表示式，分子中位置R 处的电荷密度ρ，可以通过电荷密度期望值算符得到
occ
(R) ˆ (R) 2
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第七章 计算化学简介
二、分子波函数的Slater行列式表示
Hartree乘积 (1,2,n) 1(1) (1)2 (2) (2)n / 2 (n 1) (n 1)n / 2 (n) (n)
考虑反对称原理,则写成
(1, 2
2n)
1 (2n)!
1(1)
(1)1(2)
(2)
Hn1 ESn1 Hn2 ESn2
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H1n ES1n
H2n ES2n
0
Hnn ESnn
第七章 计算化学简介
久期行列式是能量的n次多项式，它有n个根，但未 必都不同，
E1 E2 E3 En
可由久期方程和归一化而得到相应于每 个能量Ei的波函数
n
i c ji j j1
一、Hatree-Fock-Roothan方法 Hamilton算符可分离为单电子和双电子部分
Hˆ Hˆ1 Hˆ 2
Hˆ1 Hˆ core( p)
p
Hˆ 2
rˆpq1
pq
Hˆ
( core
p)
1 2
2p
A
Z
rˆ1
A pA
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第七章 计算化学简介
代入能量期望值，使得电子能量相应分离为单电子和 双电子部分，
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Born-Oppenheimer定核近似
忽略方程中的某些项，将其分离成电子运动和核运动两个 独立的方程。讨论多电子体系(分子)，就是在B-O定核近 似下，将核的运动分离出去之后，在固定的核势场中求解 多电子体系的能量本征方程：
Hˆ E
Hˆ 1 2
i
i2
p,i
Zp rpi
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1
从头算(ab initio)方法
2
半经验分子轨道法
3 包含电子相关的分子轨道理论
4
密度泛函理论(DFT)
5
大型计算机程序的使用
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第七章 计算化学简介
7.1从头算(ab initio)方法
第七章 计算化学简介
7.1.1 分子体系的薛定谔(Schrödingeparticles
i2
particles
i 2mi
i j
qiq j rij
i2
2 xi2
2 yi2
2 zi2
Ĥ是Hamilton算符，包含电子动能、核动能、电子间排 斥能、电子与核吸引能和核间排斥能；Ψ是分子波函数， 依赖于电子与核的坐标；E是体系的总能量。
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Hij i*Hˆjd
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第七章 计算化学简介
将能量E对n个系数求极小构成一组n个 “久期”方程式
n
(Hij ESij )Cj 0 (i= 1，2，…，n)
j 1
仅仅在选择能量E的值，使元素为Hij -ESij的久期行列式
等于零时，才可得到非零解，即
H11 ES11 H12 ES12 H21 ES21 H22 ES22
均势能，因此它只与第i个电子的坐标有关。
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第七章 计算化学简介
第i电子的运动状态能够用单独的波函数Ψi 描述，且称 Ψi为分子中的单电子波函数，即为分子轨道。
如果分子轨道的计算仅在非相对论近似， Born-Oppenheimer近似和单电子近似的基 础上进行则被称为从头算(ab initio)。
E
* Hˆd *d
E0
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如果一个试验函数依赖于许多任意参量 λ1，λ2，…，λn
(r;1,2,,n )
相应的能量式是
E 0
i
(i= 1，2，…，n)
n
ci*；c j Hij
E
i, j 1 n
ci*c jSij
i, j 1
Sij i* jd
* i
(
R)
i
(
R
)
i
occ
P 2
c c* i vi
i
对整个R的积分，应等同于体系中的总电子数，即
2n (R)dR P (R) (R)dR PS
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第七章 计算化学简介
四、闭壳层组态的能量表达式
变分原理
变分原理的简单表达式是，给定任一个满足体系所需
边界条件的试验性的N电子波函数Ψ，则其精确的基 态能量E0的上限为
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第七章 计算化学简介
所得波函数是正交归一的：
n
i* jd
ck*iclj Skl
1 i j
ij 0 i j
k ,l 1
最小的根E1就是一个近似的基态能量，而相 应的函数Ψi是基态的一个近似波函数。
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第七章 计算化学简介
7.1.3 自洽场(Self-Consistent Field)方法