结构化学大纲.doc

西 北 大 学 化 学 与 材 料 科 学 学 院
《结构化学》课程教学大纲
(化材学院各专业使用)
化材学院《结构化学》课程组
2011年6月
《结构化学》教学大纲
(化材学院各专业使用)
一、课程编码：111109
二、课程名称：结构化学（Structural Chemistry）
三、课程地位及意义
结构化学是高等学校化学专业一门主干基础课程，是物理化学的重要分支。它是在原子、分子水平上研究物质微观结构以及结构与性能间关系的科学，化学学科的许多理论问题以及许多新的测试方法都要以结构化学的基本理论、基本概念及基本方法为基础。因此结构化学不仅是理科化学专业的一门基础课，而且随着科学技术的不断发展，以及化学和数学、计算机、物理学、材料学、医药学、生命科学、环境科学等许多传统及新兴学科的交叉渗透，结构化学的重要性将日益增强。
学****本门课程的意义在于使学生在前修课程的基础上进一步掌握微观物质运动的基本规律——量子力学基础，获得原子、分子和晶体结构的基本理论和基础知识，深入理解结构和性能之间的关系，加深对前修基础课程如无机与分析化学、有机化学、物理化学等有关内容的理解，为学****后续专业课程、阅读化学文献、从事科学研究和化学教育打下基础，培养学生运用结构化学的基本原理和方法分析和解决实际问题的能力。
本课程为西北大学化材学院的学科平台课，总学时为54学时，3学分。大学第5学期开课，单周4学时，双周2学时，历时一学期。
四、教学内容、课时分配及教学要求（总学时54）
（注：教学要求分三个层次：非考试内容——了解；考试内容分二个层次：基本内容——掌握，核心内容——熟练掌握。附有“*”的内容已包含在其他课程中，本课程不作讲授，学生可自学。）
本课程教学内容包括四部分，各部分的内容和基本要求如下：
量子力学基础和原子结构。这部分内容在第一、二章中讲授。要求了解量子力学的基本假设，掌握氢原子的薛定谔方程及求解要点，提高对原子结构的认识，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He原子的变分法处理，了解核外电子排布的依据，了解角动量的耦合及原子光谱的意义。
化学键理论和分子结构。这部分内容主要在第三、五章中讲授。要求重点掌握化学键的分子轨道理论和价键理论。其中第三章要求了解线性变分法处理H2+ 和价键法处理H2，了解共价键本质及典型的双原子分子的电子排布。第五章要求掌握价键理论在多原子分子结构中的应用，了解s-p杂化轨道的组成及键角公式。掌握HMO方法及其在共轭分子中的应用，掌握前线轨道理论。
点阵理论和晶体结构。这部分内容主要在第七、八、九章中讲授。要求掌握晶体周期性结构的特点及由此特点决定晶体的各种性质。了解单晶、多晶衍射法的基本原理，了解金属、离子化合物等的基本型式及规律。
分子结构和性质的关系。这部分内容主要在第四章中讲授。要求根据分子的几何构型确定分子所属的点群，了解群的表示及意义。了解偶极矩、磁化率与分子结构的关系。
详细如下：
绪论：结构化学课程背景、任务、内容、在现代化学学科中的应用及学****方法(1学时)
第 1 章 量子力学基础知识（The basic knowledge of quantum mechanics）
教学要点：从黑体辐射、光电效应、电子衍射三个基本实验事实出发，得出光和实物微粒具有波粒二象性这一基本特性。由微观粒子的波动性获得测不准关系式，它表明微观粒子没有同时确定的坐标和动量，要用波动力学来描述。根据微观粒子能量量子化和波动性，提出了作为量子力学理论基础的若干基本假设，在此基础上以一维势箱粒子为实例，介绍量子力学解决问题的途径和方法。本章许多基本概念抽象难懂，但它是后面原子结构和分子结构各章学****的基础，必须重视。不少学生对结构化学的学****感到困难，这与量子力学基础中一些基本概念，特别是几个基本假设没有深入理解很有关系，建议同学们在基本概念的理解上多花点功夫。
教学时数：课堂讲授7学时
教学内容：
量子力学的实验背景（Experimental background of quantum mechanics）
黑体辐射与 Planck 量子假设（Black-body radiation and Planck quantum hypothesis）
光电效应与 Einstein 光子学说（Photoelectric effect and Einstein photons theory）
氢原子的线状光谱与Bohr原子结构理论（The line spectra of Hydrogen atom and Bohr