《结构化学》课程教学大纲

结构化学》课程教学大纲

、课程说明

一）课程名称：结构化学

所属专业：材料化学

课程性质：必修

学分：3

二）课程简介：

结构化学是本科化学专业、材料化学专业和应用化学专业的一门专业必修课。课程主要从量子力学基本假设出发，研究原子结构和分子结构的基本特征，以及原子在分子和晶体中的空间分布。重点在于揭示化学键的本质和结构与性能之间的关系，阐述物质的微观结构与其宏观性能的相互关系。结构化学不但与其他化学学科联系密切，而且与生物科学、地质科学、材料科学和医药学等各学科的研究相互关联、相互配合、相互促进，近年来愈来愈被材料研究者和化工工程师所重视。

目标与任务：

本课程主要探讨物质的静态结构，学生通过本课程的学习，能够建立起原子结构、分子结构和晶体结构的基本概念，特别是能够通过定量计算，加强对原子轨道和分子轨道等基本概念的理解，并从原子、分子等微观结构角度加深对物质结构与性能关系的深入了解。使学生能够从微观层次着眼，抓住问题本质，深刻理解“结构决定性质”这一基本原理，培养理论联系实际的能力，并为后续课程的学习打下必要的基础。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；

先修课程主要是高等数学，大学物理，无机化学、有机化学和分析化学等。后续课程主要是高等结构化学和量子化学。学习结构化学可以从原子、分子结构、甚至电子结构层面加深对先修课程中相关内容的理解，也为后续课程打下

坚实的基础。

四）教材与主要参考书教材采用李炳瑞主编的《结构化学（多媒体版）（第2版）》

主要参考书：

1、周公度、段连运：《结构化学基础》，北京大学出版社，2008 年，第四版。

2、徐光宪、王祥云：《物质结构》，高等教育出版社，1987 年，第二版。

3、周公度：《结构和物性》，高等教育出版社，2000 年。

4、潘道皑、赵成大和郑载兴：〈物质结构〉，高等教育出版社，1989 年，第二版二、课程内容与安排

第一章量子力学基础

1.1从经典力学到早期量子论

1.2量子力学的建立

1.3阱中粒子的量子特征

1.4隧道效应

（一）教学方法与学时分配

教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。

学时分配：（8 学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：

1、微观粒子的运动特征

2、量子力学基本假设

3、薛定谔方程及其解【重点掌握】：量子力学的基本假设，氢原子的薛

定谔方程及求解要点。【了解】：隧道效应，量子理论与经典物理学理论相矛

盾的实验现象，旧量子理论的内容与优缺点。

难点】：氢原子的薛定谔方程的求解。

第二章原子结构

2.1单电子原子的Schr?dinger 方程及其解

2.2原子轨道和电子云的图形表示

2.3量子数与可测力学量

2.4多电子原子的结构

2.5原子结构参数

2.6原子光谱项

（一）教学方法与学时分配

教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。

学时分配：（9 学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：了解当代量子力学研究原子结构的基本步骤，对简单的氢原子进行量子化的处理，从中掌握量子化学的基本原理，对以后处理复杂原子

体系做理论准备。

【重点掌握】：原子结构的认识，原子轨道的意义、性质和空间图象，波函数和电子云的图形和原子光谱项，氢原子薛定谔方程的建立、解法和对

其的解释。

【了解】：多电子原子中心力场近似法，原子结构参数和当代量子力学研究原子结构的基本步骤。

【难点】：可测力学量求解，数学计算繁杂，教学时避免从数学讲数学，应对新概念讲细讲透。

第三章双原子分子结构与化学键理论

3.1分子轨道理论（MO）

3.2价键理论（VB）

3.3MO 理论与VB 理论的比较

3.4双原子分子的光谱项

（一）教学方法与学时分配

教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。

学时分配：（10 学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：以H2+和H2 的量子力学处理为基础,使学生掌握简单分子轨道理论和价键理论的理论基础和基本的概念。学会用分子轨道理论讨论常

见同核、异核双原子分子的结构，清楚共价键的本质。求双原子分

子的光谱项。

【重点掌握】：分子轨道理论、价键理论，分子光谱，线性变分法处理H2+和H2，共价键本质及典型的双原子分子的电子排布。求双原子分子的光

谱项。

【了解】：σ、π、δ键的形成。

【难点】：线性变分法处理H2+和H2 的分子轨道理论，H2 的全波函数的确定。

第四章分子对称性与群论初步

4.1对称性概念

4.2分子中的对称操作与对称元素

4.3分子点群

4.4分子对称性与偶极矩、旋光性的关系

（一）教学方法与学时分配

教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。

学时分配：（8 学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：通过分子对称性学习，使学生对分子点群有一系统了解，掌握群的定义，分子点群具有对称元素：对称轴、对称中心、对称面和映转

轴。了解分子点群的分类，能判断常见分子所属的对称点群及包含

的对称元素，能分析分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。

重点掌握】：分子点群具有对称元素：旋转轴、对称面、对称中心和映转轴。分子对称点群可分为C n、C nv、C nh、D n、D nh、D nd、S n 及高阶群

T、O、I 等。分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。

【了解】：了解高阶群中的T d、T h、O h、I h 等。

【难点】：对称操作与对称元素组合，分子点群，分子对称性、偶极矩和极化率。

第五章多原子分子结构与性质

5.1非金属元素的结构化学: 8- N 法则

5.2非共轭分子几何构型与VSEPR 规则

5.3分子几何构型与Walsh 规则

5.4共轭分子与SHMO 法

5.5饱和分子的非定域轨道与定域轨道

5.6缺电子分子的结构

5.7等瓣类似性关系

5.8多原子分子的谱项

5.9配位场理论

5.10分子轨道对称守恒原理

（一）教学方法与学时分配

教学方法：教师讲授为主，课堂讨论为辅。

学时分配：（13 学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：了解8- N 法则，掌握价电子对互斥理论（VSEPR），杂化轨道理论和离域分子轨道理论，SHMO 方法及其在共轭分子中的应用，等

瓣类似性关系，配位场理论，前线轨道理论。饱和分子的非定域轨