结构化学课程教学大纲-楚雄师范学院

1 楚雄师范学院化学与生命科学系 科学教育专业结构化学（理论）课程教学大纲 一、 课程基本信息 课程代码 032306004 课程中文名称 结构化学

课程英文名称 Struatural Chemistry 课程性质 专业选修课程 使用专业 化学教育 开课学期 第六学期 总学时 50 总学分 3 预修课程 普通化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理 课程简介 本课程是化学教育专业第四学年开设的一门必修课程，54学时，3学分。它是一门在原子、分子水平上讨论物质微观结构的课程。它以量子化学为基础，结合无机化学、有机化学的实验事实，讨论原子、分子的化学键理论。主要内容包括四大部分：量子力学基础、原子结构、分子结构（双原子、多原子分子）、晶体结构（金属、离子晶体）。 教材建议：周公度、段连运等编《结构化学基础》（第四版）。北京大学出版社 参考书 1、林梦海、林银钟等编《结构化学基础》 2005年，高等教育出版社。 2、夏树伟、夏少武主编 《简明结构化学学习指导》化学工业出版社2004 3、周公度、段连运等编《结构化学基础习题解》北京大学出版社 二、课程性质、目的及总体教学要求 课程的基本特性 结构化学是一门在原子、分子水平上讨论物质微观结构的课程。它是以量子化学为基础，结合无机化学、有机化学的实验事实，讨论原子、分子有化学键理论。主要内容包括四大部分：量子力学基础、原子结构、分子结构（双原子、多原子分子）、晶体结构（金属、离子晶体）。教材注重介绍结构化学的基本原理，同时也反映结构化学的新成就、新进展。 本书主要内容：量子力学基础、原子结构、分子对称性与点群、双原子分子、多原子分子结构、晶体学基础、金属和合金结构、离子化合物等内容。 2

课程的教学目的：要求学生在掌握无机化学、有机化学、分析化学等专业基础课程和高等数学、大学物理 、线性代数等公共课程基础上再进行学习。本课程阐述原子间以什么样的结合力形成分子、原子的组成及连接方式是怎样决定分子的几何构型，并表现出独特的物理与化学性质。通过学习引导他们注意实验基础，注意理论和实际的联系，了解：“结构决定性质，性质反映结构，”的结构和性能的相互联系的原则，从而在高层次上解释各种化学现象。 三、章节教学内容与要求 第一章 量子力学基础知识 （6课时） 第二章 原子的结构和性质 （9课时） 第三章 共价键和双原子分子的结构化学 （7课时） 第四章 多原子分子中的化学键 （6课时） 第五章 配位化合物的结构和性质 （5课时） 第六章 晶体的点阵结构和晶体的性质 （7课时） 第七章 金属的结构和性质 （4课时） 第八章 离子化合物的结构化学 （4课时） 模型课程 （2课时） 第一章 量子力学基础知识（7课时） 本章主要介绍微观粒子的运动特征，量子力学的5个基本假设，箱中粒子的Schrodinger方程及其解。重点掌握黑体辐射和能量量子化，光电效应和光子学说，实物微粒的波粒二象性，不确定度关系，量子力学的基本假设，势箱中自由粒子的运动状态（波函数、能量）。理解量子化、不确定度关系、波函数、几率、几率密度、物理量和算符、本征态、本征值、薛定谔方程、零点能、简并态和简并度等概念。了解微观粒子的波粒二象性。难点是箱中粒子的Schrodinger方程及其解。 主要内容： 1.1 微观粒子的运动特征 1.2 量子力学基本假设 1.3. 箱中粒子的Schrodinger方程及其解 各节内容的教学要求 第一节 微观粒子的运动特征 （2课时） 了解：经典物理学理论的发展历史。 理解：量子化、光电效应、波粒二象性、不确定度关系等概念。 掌握：三个重要的实验（黑体辐射、光电效应、不确定度关系）。 灵活运用：德布罗意波长的计算，用不确定度关系比较宏观客体与微观客体的特性。 3

主要内容： 1.1.1 黑体辐射和能量量子化 1.1 .2 光电效应和光子学说 1.1 .3 实物微粒的波粒二象性 1.1 .4 不确定度关系 第二节 量子力学基本假设 （2课时） 了解：波函数和微观粒子的状态。 理解：合格的波函数、定态波函数、几率、几率密度、算符、本征态、本征值等概念。 掌握：Schrodinger方程的表达式，Pauli原理。 灵活运用：学会用算符判断本征函数，会计算本征值。 主要内容： 1.2.1 波函数和微观粒子的状态 1.2 .2 物理量和算符 1.2. .3 本征态、本征值和Schrodinger方程 1.2. .4 态重加原理 1.2. .5 Pauli原理 第三节 箱中粒子的Schrodinger方程及其解 （2课时） 了解：一维势箱中粒子的Schrodinger方程解法，三维势箱中粒子的Schrodinger方程表达式。 理解：零点能、简并态和简并度概念。 掌握：一维势箱中粒子的Schrodinger方程解的结论 主要内容： 1.3 箱中粒子的Schrodinger方程及其解

第二章 原子的结构和性质（8课时） 本章通过对H原子薛定谔方程的求解，了解原子结构中量子数的来源，类氢离子波函数的图形及其 物理意义；掌握多电子原子的原子轨道能级、电离能的求解，简单的基态原子谱项、支谱项的推算法。难点是H原子薛定谔方程的求解，原子谱项的推求。 主要内容： 2.1 单电子原子的Schrodinger方程及其解 2.2 量子数的物理意义 2.3 波函数和电子云的图形 4

2.4 多电子原子的结构 2.5 元素周期表与元素周期性性质 2.6 原子光谱 第一节 单电子原子的Schrodinger方程及其解（2课时） 了解：单电子原子的Schrodinger方程的建立和解法，变数分离法， R、Φ、Θ方程的解法。 理解：主量子数、角量子数、磁量子数概念。 掌握：单电子原子的Schrodinger方程表达式， R、Φ、Θ方程的解结果。 主要内容： 2.1.1 单电子原子的Schrodinger方程及其解 2.1 .2 变数分离法 2.1 .3 Φ方程的解 2.1 .4 单电子原子的波函数 第二节 量子数的物理意义（1课时） 了解：总量子数和总磁量子数。 理解：自旋量子数、轨道角动量、自旋角动量等概念。 掌握：四个量子数的取值、意义。 灵活运用：氢原子的能量计算公式应用 主要内容： 2.2 量子数的物理意义 第三节 波函数和电子云的图形（1课时）

了解：图和图、原子轨道等值线图、电子云分布图、原子轨道轮廓图。 理解：径向分布图、概率。 掌握：径向分布函数物理意义。 主要内容：

2.3.1 图和图 2.3 .2 径向分布图 2.3 .3 原子轨道等值线图 第四节 多电子原子的结构（2课时） 了解：多电子原子的Schrodinger方程及其近似解的方法。 理解：单电子近似、自洽场法、屏蔽效应、钻穿效应等概念。 5

掌握：原子轨道能和电子结合能的实验测定，电子互斥能对基态原子电子组态的影响。 灵活运用：由屏蔽常数近似计算原子轨道能。 主要内容： 2.4.1 多电子原子的Schrodinger方程及其近似解 2.4.2 原子轨道能和电子结合能 2.4.3 基态原子的电子排布 第五节 元素周期表与元素周期性性质（1课时） 了解：原子结构参数。 理解：原子的电离能、电子亲和能、电负性、（6S）2 惰性电子对效应。 掌握：元素周期性质变化规律。 主要内容： 2.5.1 元素周期表 2.5.2 原子结构参数 2.5.3 原子的电离能 2.5.4 电子亲和能 2.5.5 电负性 2.5.6 相对论效应对元素周期性质的影响 第六节 原子的光谱项（2课时） 了解：氢原子光谱项的推引方法，原子光谱的应用。 理解：原子的光谱、基态、激发态、原子光谱项、光谱支项。 掌握：氢、氮、氧、碳、氦、氖原子光谱项和光谱支项的推求方法。 主要内容： 2.6.1 原子的光谱项 2.6.2 电子的状态和原子的能态 2.6.3 单电子原子的光谱项和原子光谱 2.6.4 多电子原子的光谱项 2.6.5 原子光谱项的应用

第三章 共价键和双原子分子的结构化学（7课时） 本章学习使学生了解化学键理论的三大流派；掌握变分法处理H2+，用分子轨道理论讨论同核、异核双原子分子；分子轨道必须满足的三个条件；σ、π、δ轨道的特点。难点是异核双原子分子轨道图的排布。 6

主要内容： 3.1 化学键概述 3.2 H2+的结构和共价键的本质 3.3 分子轨道理论和双原子分子的结构 第一节 化学键概述（略） 了解：键型的多样性。 理解：共价键、离子键、金属键的区别。 掌握：若干单质或化合物中存在的化学键类型。 主要内容： 3.1.1 化学键的定义和类型 3.1.2 键型的多样性 第二节 H2+的结构和共价键的本质（3课时） 了解：H2+的Schrodinger方程的原子单位表示式，变分法解H2+的Schrodinger方程的方法。 理解：Born-Oppenheimer近似、库仑积分、交换积分、重叠积分。 掌握：H2+的能量及函数表示式、共价键的本质 主要内容： 3.2.1 H2+的Schrodinger方程 3.2.2 变分法解Schrodinger方程 3.2.3 Haa、Hbb、Sab的物理意义 3.2.4 共价键的本质 第三节 分子轨道理论和双原子分子的结构（4课时） 了解：H2+的Schrodinger方程的原子单位表示式，变分法解H2+的Schrodinger方程的方法。 理解：分子轨道、成键轨道、反键轨道、非键轨道、σ轨道、π轨道、δ轨道、键级、磁性、等电子分子等概念。 掌握：同核双原子分子（F2、O2、N2、C2、B2），异核双原子分子（CO、HF、NO）的分子轨道排布式、价电子组态、键级、磁性、分子结构。 主要内容： 3.3.1 简单分子轨道理论 3.3.2 分子轨道的分类和分布特点 3.3.3 同核双原子分子的结构 3.3.4 异核双原子分子的结构