延安大学化工学院分析专业(本科) 结构化学教学大纲(修定) 化工学院物理化学教研室 2004年9月
延安大学化工学院分析专业(本科) 结构化学教学大纲(修定) 化工学院物理化学教研室 2004 年 9 月
说明:本大纲参照教育部颁布的师范、分析专业《结构化学》教学大纲及近几年提出的 基本要求〈计论稿)。并结合我校实际及近十几年来的教学经验而制定。在制定过程中同时 还吸收了近年来新出版的几本有影响的《结构化学》教材的内容,也注意吸收了一些硕士研 究生入学考题涉及到的有关知识。〈《总学时72学时,其中讲授64学,习题8学时 本课程的目的和任务 本课程是化学系的一门理论性较强的基础课。其任务是使学生掌握微观物质运动的基本 规律,获得原子、分子、晶体结构的基础理论、基本知识,了解物质结构和性能的相互关 系,了解研究分子和晶体结构的近代物理方法,加深对前修课程有关内容的理解,为学 习后续课程、阅读化学文献和科学研究打下基础。通过本课程的学习,进一步培养学生 从结构的观点去分析问题和解决问题的能力,养成尽可能用定量的方法解释化学现象的 习惯和从实验资料获得化学信息的能力 本课程的基本要求 本课程主要包括下列四部分内容,各部分的基本要求如下: 1.量子力学基础的原子结构。这部分内容在第一、二章中讲授。要求了解量子力学 基本假设,并用此能处理简单体系(一维势箱及势中的运动粒子),掌握氢原子及类氢体 系的Sheq及求解要点。提高对原子结构认识,深入理解原子轨道的意义、性质和空间 图象。了解多电子原子中心力场近似法及自洽场方法。了解核外电子排布依据。理解光 谱项的意义,初步掌握角动量的偶合规则,并能熟练地推求不等价组态的光谱顶。 2.化学键理论、分子结构、分子光谱和磁共振谱。这部分内容主要在第三、四、五 两章中讲授。要求重点掌握的三个基本理论:即分轨道理论、价键理论和配位场理论 掌握变分法原理;掌握双原子分电子组态及有关概念,了解SP杂化轨道波函数的构造 掌握HMO法及其在共轭分子中应用,了解多原子分子的正则分子轨道的概念。掌握配 位场理论要点及对配位化合物的处理。理解一π配合物的结构特征及成键规律。了解 分子对被性概念、能迅速熟练地找出给定分子的所属点群。还需要了解分子光谱和磁共 振谱的有关知识。因多原子分子的红外光谱、顺、核共振谱已在有机化学、仪器分析等 课程中有过介绍,所以本章重点讨论双原子分子的转动,振动及振-转光谱的精细结构 和拉曼光谱,要求掌握利用有关光谱数据计算力常数和核间距,了解光电子能谱原理及 谱峰性质与化学键性质的关系 3.点阵理论和晶体结构。这部分内容第六、七、八、九、十章中讲授,要求掌握晶 体周期性结构的特点以及由此特点决定的各种性质。理解金属、非金属、离子化合物 分子化合物等各类晶体结构的基本型式及规律。了解Ⅹ射线结构分析的基本原理及方 法。能较熟练地从给定的晶体中抽取岀晶胞,确定点阵型式及点群 三、讲授大纲 绪论:结构化学课程任务、内容和学习方法及本课程在化学教学、科学研究、培养 学生抽象思维能力等方面的作用(1学时 第一章量子力学基础知识(讲授6学时,习题课1学时) 微观粒子的运动特征 2.实物微粒的波粒二象性 3.量子力学基本假设 4.箱中粒子的 Sch.eq及求解
1 说明：本大纲参照教育部颁布的师范、分析专业《结构化学》教学大纲及近几年提出的 基本要求〈计论稿)。并结合我校实际及近十几年来的教学经验而制定。在制定过程中同时 还吸收了近年来新出版的几本有影响的《结构化学》教材的内容，也注意吸收了一些硕士研 究生入学考题涉及到的有关知识。〈总学时 72 学时，其中讲授 64 学，习题 8 学时〉 一、本课程的目的和任务 本课程是化学系的一门理论性较强的基础课。其任务是使学生掌握微观物质运动的基本 规律，获得原子、分子、晶体结构的基础理论、基本知识，了解物质结构和性能的相互关 系，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法，加深对前修课程有关内容的理解，为学 习后续课程、阅读化学文献和科学研究打下基础。通过本课程的学习，进一步培养学生 从结构的观点去分析问题和解决问题的能力，养成尽可能用定量的方法解释化学现象的 习惯和从实验资料获得化学信息的能力。 二、本课程的基本要求 本课程主要包括下列四部分内容，各部分的基本要求如下： 1. 量子力学基础的原子结构。这部分内容在第一、二章中讲授。要求了解量子力学 基本假设，并用此能处理简单体系(一维势箱及势中的运动粒子)，掌握氢原子及类氢体 系的 Sch.eq 及求解要点。提高对原子结构认识，深入理解原子轨道的意义、性质和空间 图象。了解多电子原子中心力场近似法及自洽场方法。了解核外电子排布依据。理解光 谱项的意义，初步掌握角动量的偶合规则，并能熟练地推求不等价组态的光谱顶。 2. 化学键理论、分子结构、分子光谱和磁共振谱。这部分内容主要在第三、四、五 两章中讲授。要求重点掌握的三个基本理论：即分轨道理论、价键理论和配位场理论。 掌握变分法原理；掌握双原子分电子组态及有关概念，了解 S-P 杂化轨道波函数的构造。 掌握 HMO 法及其在共轭分子中应用，了解多原子分子的正则分子轨道的概念。掌握配 位场理论要点及对配位化合物的处理。理解 －π配合物的结构特征及成键规律。了解 分子对被性概念、能迅速熟练地找出给定分子的所属点群。还需要了解分子光谱和磁共 振谱的有关知识。因多原子分子的红外光谱、顺、核共振谱已在有机化学、仪器分析等 课程中有过介绍，所以本章重点讨论双原子分子的转动，振动及振-转光谱的精细结构 和拉曼光谱，要求掌握利用有关光谱数据计算力常数和核间距，了解光电子能谱原理及 谱峰性质与化学键性质的关系。 3. 点阵理论和晶体结构。这部分内容第六、七、八、九、十章中讲授，要求掌握晶 体周期性结构的特点以及由此特点决定的各种性质。理解金属、非金属、离子化合物、 分子化合物等各类晶体结构的基本型式及规律。了解 X-射线结构分析的基本原理及方 法。能较熟练地从给定的晶体中抽取出晶胞，确定点阵型式及点群。 三、讲授大纲 绪论：结构化学课程任务、内容和学习方法及本课程在化学教学、科学研究、培养 学生抽象思维能力等方面的作用(1 学时} 第一章 量子力学基础知识（讲授 6 学时，习题课 1 学时） 1. 微观粒子的运动特征 2. 实物微粒的波粒二象性 3. 量子力学基本假设 4. 箱中粒子的 Sch.eq 及求解
第二章原子的结构和性质(讲授9学时,习题课1学时 单电子原子的 Sch.eq及求解 量子数的物理意义 3.波函数和电子云的图形 4.多电子原子结构 5.元素周期表与元素周期性质 6.原子光谱 第三章双原子分子的结构和性质(讲授8学时,习题课1学时) 1.H2的结构和共价键的本质 2.分子轨道理论和双原子分子大结构 3.H,分子的结构和价键理论 4.分子光谱 5.光电子能谱 第四章分子的对称性(讲授4学时,习题1学时) 对称操作和对称元素 2.对称操作群与对称元素的组合 3.分子的点群 4.分子的偶极矩和极化率 5.分子的对称性和分子的旋光性 6.群的表示 第五章多原子分子的结构和性质(讲授8学时,习题课1学时) 1.价电子对互斥理论( VSEPR) 2.杂化轨道理论 3.离域分子轨道理论 4.HMO法 5.离域π键和共轭效应 6.分子轨道的对称性和反应机理 7.共价键的键长和键能 8.分子间作用力和分子的大小形状 9.核磁共振谱 第六章配位化合物的结构和性质(讲授8学时) 1.概述 2.配位场理论 3.0-π配键与有关配位化合物的结构和性质 4.过渡金属原子簇化合物的结构和性质 第七章晶体的点阵结构和晶体的性质(讲授6学时,习题课1学时) 1.晶体结构的周期性和点阵 2.晶体结构的对称性 3.晶体结构的表达式及应用 4.晶体的Ⅹ射线衍射 第八章金属的结构和性质(讲授4学时,习题课1学时) 1.金属键和金属的一般性质 2.球的密堆积和金属单质的结构 3.合金的结构和性质 4.固体表面的结构和性质 第九章离子化合物的结构化学(讲授6学时,习题课1学时) 1.离子晶体的若干简单结构型式 2.离子键和点阵能 3.离子半径
2 第二章 原子的结构和性质（讲授 9 学时，习题课 1 学时） 1. 单电子原子的 Sch.eq 及求解 2. 量子数的物理意义 3. 波函数和电子云的图形 4. 多电子原子结构 5. 元素周期表与元素周期性质 6. 原子光谱 第三章 双原子分子的结构和性质（讲授 8 学时,习题课 1 学时） 1. + H2 的结构和共价键的本质 2. 分子轨道理论和双原子分子大结构 3. H2 分子的结构和价键理论 4. 分子光谱 5. 光电子能谱 第四章 分子的对称性（讲授 4 学时，习题 1 学时） 1. 对称操作和对称元素 2. 对称操作群与对称元素的组合 3. 分子的点群 4. 分子的偶极矩和极化率 5. 分子的对称性和分子的旋光性 6. 群的表示 第五章 多原子分子的结构和性质（讲授 8 学时，习题课 1 学时） 1. 价电子对互斥理论（VSEPR） 2. 杂化轨道理论 3. 离域分子轨道理论 4. HMO 法 5. 离域π键和共轭效应 6. 分子轨道的对称性和反应机理 7. 共价键的键长和键能 8. 分子间作用力和分子的大小形状 9. 核磁共振谱 第六章 配位化合物的结构和性质（讲授 8 学时） 1. 概述 2. 配位场理论 3. σ－π配键与有关配位化合物的结构和性质 4. 过渡金属原子簇化合物的结构和性质 第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质（讲授 6 学时，习题课 1 学时） 1. 晶体结构的周期性和点阵 2. 晶体结构的对称性 3. 晶体结构的表达式及应用 4. 晶体的 X 射线衍射 第八章 金属的结构和性质（讲授 4 学时，习题课 1 学时） 1. 金属键和金属的一般性质 2. 球的密堆积和金属单质的结构 3. 合金的结构和性质 4. 固体表面的结构和性质 第九章 离子化合物的结构化学（讲授 6 学时，习题课 1 学时） 1. 离子晶体的若干简单结构型式 2. 离子键和点阵能 3. 离子半径
4.离子配位多面体及其连接规律 5.硅酸盐的结构化学 第十章非金属元素的结构化学(讲授4学时) 1.非金属元素的结构特征 2.硼烷和有关化合物的结构 3.氢的结构化学 四、主要参考书目 1.徐光宪《物征结构》2版高教出版社,198 2.姜心田《结构化学》1版北大出版社,1995 3.高师《物质结构》2版高教出版社,1989 4.郭用献《物质结构基本原理》高教出版社,1985 5.谢有畅《结构化学》人民教育出版社,1979 6.姜心回《结构化学》陕师大出版社,1996 7.董南《结构化学原理与题解》浙江科学出版社,1984 五、教学建议 1.考虑到师范专业的特点,应注意培养基本概念的正确口头、文字表达,所以习题中 不但应有理论、应用计算题,而且应增加适当的解释概念题。对于分析专业,还应注重培养 学生分析问题和解决问题的能力。 2.前面列出的讲授题目、节次可以改变、调整,但必须完成其基本内容。教学中应完 成下列知识点的介绍,并要求学生能简洁地阐明概念的含义,如有数学表达式,要求能正确 地写出并指明各符号的物理意义。 波粒二象性 不确定关系 品优波函数的合格条件 正交归一性 零点能 离城效应 线性厄米算符 本征方程与本征值 力学量的平均值 电子的量子数 径向分布函数 角度分布函数 轨道近似 原子轨道 自旋-轨道 Slater行列式 泡里原理 原子的量子数 光谱项及支项 选择定则 洪特规则 维里定理 Zeeman效应 原子单位 Born- Oppenheimer近似线性变分法 分子轨道 成键三原则 键积分 定域轨道模型 离域轨道模型 多中心键 离域π键能 布居分析 分子图 对称守恒原理 前线轨道理论 杂化轨道 成键能力 Hukel假设 光谱化学序列 晶体场稳定化能 姜泰效应 π反馈键 不饱和配合场 簇合物 自旋状态与磁矩 电子成对能 分裂能 d-d跃迁 结构基元 正当格子 晶面指标 分数坐标 七个晶系 14种空间点阵 晶体的宏观对称性 反轴 晶体的微观对称性 滑移面 螺旋轴 特征对称元素 密堆积原理 劳埃方程 布拉格方程 衍射指标 结构因子
3 4. 离子配位多面体及其连接规律 5. 硅酸盐的结构化学 第十章 非金属元素的结构化学（讲授 4 学时） 1. 非金属元素的结构特征 2. 硼烷和有关化合物的结构 3. 氢的结构化学 四、主要参考书目 1. 徐光宪《物征结构》2 版 高教出版社，1987 2. 姜心田《结构化学》1 版 北大出版社，1995 3. 高师《物质结构》2 版 高教出版社，1989 4. 郭用献《物质结构基本原理》高教出版社，1985 5. 谢有畅《结构化学》人民教育出版社，1979 6. 姜心回《结构化学》陕师大出版社，1996 7. 董南《结构化学原理与题解》浙江科学出版社，1984 五、教学建议 1. 考虑到师范专业的特点，应注意培养基本概念的正确口头、文字表达，所以习题中 不但应有理论、应用计算题，而且应增加适当的解释概念题。对于分析专业，还应注重培养 学生分析问题和解决问题的能力。 2. 前面列出的讲授题目、节次可以改变、调整，但必须完成其基本内容。教学中应完 成下列知识点的介绍，并要求学生能简洁地阐明概念的含义，如有数学表达式，要求能正确 地写出并指明各符号的物理意义。 波粒二象性 不确定关系 品优波函数的合格条件 正交归一性 零点能 离城效应 线性厄米算符 本征方程与本征值 力学量的平均值 电子的量子数 径向分布函数 角度分布函数 轨道近似 原子轨道 自旋-轨道 Slater 行列式 泡里原理 原子的量子数 光谱项及支项 选择定则 洪特规则 维里定理 Zeeman 效应 原子单位 Born-Oppenheimer 近似 线性变分法 分子轨道 成键三原则 键积分 定域轨道模型 离域轨道模型 多中心键 离域π键能 布居分析 分子图 对称守恒原理 前线轨道理论 点群 杂化轨道 成键能力 Hukel 假设 光谱化学序列 晶体场稳定化能 姜-泰效应 -π反馈键 不饱和配合场 簇合物 自旋状态与磁矩 电子成对能 分裂能 d-d 跃迁 点阵 结构基元 正当格子 晶面指标 分数坐标 七个晶系 14 种空间点阵 晶体的宏观对称性 反轴 晶体的微观对称性 滑移面 螺旋轴 特征对称元素 密堆积原理 劳埃方程 布拉格方程 衍射指标 结构因子
系统消光 晶格能 结晶化学定律 刚性转子模型 动常数 动惯量 谐振子模型 弹力常数 分子光谱顶 结合能与电离能 同位素位移 化学离解能 光谱离解能 弗兰克-康登原理 拉曼位移
4 系统消光 晶格能 结晶化学定律 刚性转子模型 转动常数 振动惯量 谐振子模型 弹力常数 分子光谱顶 结合能与电离能 同位素位移 化学离解能 光谱离解能 弗兰克-康登原理 拉曼位移