2010版物质结构基础大纲

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1、物质结构基础课程教学大纲课程代码： 080331005课程英文名称： Structural basis of material 课程总学时： 32 讲课： 32 实验： 0 上机： 0 适用专业：应用化学专业 大纲编写（修订）时间： 2010.7一、大纲使用说明（一）课程地位及教学目标“物质结构基础” 是应用化学专业的专业基础必修课， 其教学目标是使学生掌握微观物质运 动的基本规律， 获得原子、 分子及晶体结构的基本理论、 基础知识， 了解物质的结构与性能关系， 了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理， 加深对前修课程， 如无机化学、 有机化学 等有关内容的理解， 为专业课程的学习打下

2、必要的基础； 通过本课程的学习， 培养学生能从物质 结构与物质性质相互关系的基本规律出发，分析和解决问题。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1、学生必须掌握的知识内容 掌握实物微粒的运动规律，能够通过定态薛定谔方程求解简单的分子离子的原子轨道模型， 能较系统地阐明元素周期律的本质。掌握化学键的三种基本类型，即离子键、共价键和金属键。 对价键理论、 分子轨道理论和配位场理论有较深入的了解。 重点掌握分子轨道理论及其在分子结 构中的应用， 一般了解分子对称性的概念。 掌握络和物的价键理论包括电价配键、 共价键配键及 分子轨道理论在络和物中的应用。 重点掌握晶体场理论。 掌握晶体周期性结构的特点及

3、由此特点 决定的晶体的各种性质；金属键和金属的一般性质，固体能带理论，密堆积结构；离子键和点阵 能，离子配位多面体极其连接规律；分子间作用力对其物质性质的影响；氢键及氢键型晶体、分 子型晶体、混合键型晶体的特性。2、能力及技能方面的基本要求研究物质结构主要采用两种途径， 其一是以演绎的方法为主， 即是从微观质点运动的普遍规 律出发进而研究原子是如何组成分子的或组成晶体的。 其二是以归纳法为主， 应用一些物理测试 手段， 来研究物质内部原子的排列及运动状况、原子和分子中电子的运动状态等。 当对很多个别具体对象进行测量后，再总结成规律。在结构化学的学习中， 学生应具备一定的演绎推理的能力及归纳、

4、应用能力， 并应用物质结 构的基本规律分析、解决化学、化工理论与实践中遇到的问题。（三）实施说明1、“物质结构基础”是一门理论性较强的课程，通常学生会感觉较难，因此应尽量避免与 理论性较强或难度较大的必修课程如物理化学等同时开设。 教师在课堂教学中应以概念的介绍为 主，尽量减少不必要的理论推导， 以使学生明确结构化学的基本内容， 了解结构化学的主要方法， 掌握一些简单实用的计算方法。2 、大纲实施时应强调化学的整体性、综合性。摒弃单纯传授具体知识的观念，强调培养分 析、启发思路、解决问题的能力和创新精神，强调充分发挥学生积极性和主动性，充分应用现代 教育技术进行双向教学，使学生具有自我开拓和获

5、得知识的能力。3、课程性质为专业基础课，为使学生更好掌握学习内容，每章节后面都有大量的习题，根 据使用教材，选择习题。（四）对先修课的要求 物质结构决定了物质的物理、化学性质及其变化规律。金属、无机、有机化合物的结构正是物质结构的研究内容。从无机、有机、物化到结构化学的学习正是从感性认识到理性认识再从理也涉及到大学物理知识，因此结构1次习题课。由于条件所限，暂时不能开设实验。性认识到感性认识的过程，其中要大量应用的高等数学知识,化学学习之前要求先学完无机化学、有机化学、高等数学。（五）对习题课、实验环节的要求应根据学生学习的具体情况布置作业。学习中应至少包含 现代物理测试方法在物质结构的研究中

6、具有重要的意义，（六）课程考核方式1.考核方式：考查。2. 考核目标：考核学生对于该课程基本知识、基本原理和基本方法的掌握，重点考核学生 应用物质结构基础解决所学课程中涉及的物质结构与性能关系的理论问题。3. 成绩构成：考核总成绩包括理论考试、作业、小测验、提问、大作业等至少三种考核方 式的成绩之和，教师根据当前学期教学情况决定。（七）参考书目2005年5月2008年1月简明结构化学教程第二版，夏少武，化学工业出版社，结构化学基础，周公度，段连云编著，北京大学出版社，是化学、应用化学等专业的 应用量子力学的基础知识系统 配位场理论以及结晶化二、中文摘要物质结构基础是研究微观物质结构以及结构和性

7、质关系的科学。专业基础必修课。 该课程在学习了无机化学、有机化学的基础上，学习原子、分子、晶体的结构以及结构与性质的关系；学习共价键理论、 学理论。使学生对于微观物质世界有更深刻的了解，对后续课程有着重要的指导意义。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1量子力学基础知识661.1绪论221.2量子力学实验基础22量子力学基本假设222原子的结构和性质662.1类氢原子的Schr?dinger方程及其解222.2角量子数和磁量子数的物理意义，类氢原子的原子轨道和电子云图形222.3多电子原子的结构， 电子的自旋，基态原子的 电子排布223共价键理论和分子结构883.1氢分子离子223.

8、2分子轨道理论，分子轨道的类型、 符号和能级 顺序223.3双原子分子的结构和性质223.4休克尔分子轨道理论和共轭分子224配位场理论和络合物结构225分子光谱226晶体结构与结晶化学666.1晶体结构的周期性和点阵226.2金属键和金属一般性质226.3离子晶体和点阵能计算227习题课22合计3232四、教学内容及基本要求第1部分量子力学基础知识总学时（单位：学时）:6 讲课:6 实验:0上机:0第1.1部分绪论（讲课2学时） 具体内容：1）了解量子力学的发展概况2）理解光的波粒二象性和实物粒子的波粒二象性3）掌握不确定关系式第1.2部分 量子力学实验基础（讲课 2学时） 具体内容：1）理

9、解量子力学的基本假定和薛定谔方程的意义，理解主要的力学量算符2）掌握本征值的计算方法3）理解波函数的物理意义4）掌握波函数的归一化方法第1.3部分 量子力学基本假设（讲课 2学时） 具体内容：1）了解用定态薛定谔方程求解势箱中粒子平动的能级和波函数的方法2）理解能量量子化的概念和零点能的概念3）掌握一维势箱中自由粒子运动的能级计算方法重 点：1）微观粒子运动的基本特征2）量子力学的基本假设，薛定谔方程3）原子轨道的意义、性质和空间图象难 点：量子力学的基本假设，薛定谔方程第2部分原子的结构和性质总学时（单位：学时）:6 讲课:6 实验:0上机:0第2.1部分类氢原子的Schr?dinger方程

10、及其解（讲课2学时） 具体内容：1）理解原子结构的薛定谔方程的建立方法和分离变量法求解氢原子及类氢离子薛定谔方程的过程2 ）理解中心力场模型和单电子近似法求解多电子原子薛定谔方程的方法。第2.2部分角量子数和磁量子数的物理意义，类氢原子的原子轨道和电子云图形（讲课2学时） 具体内容：1）明确解的结果和三个量子数的物理意义2）掌握三个量子数的取值3） 掌握原子轨道能级的计算方法和Slater规则计算屏蔽常数的方法4）明确原子轨道角动量的计算方法5）掌握原子轨道的角度分布和角度电子云的形状6）明确径向分布函数的物理意义和形态第 2.3 部分 多电子原子的结构，电子的自旋，基态原子的电子排布（讲课2

11、 学时）具体内容：1）明确电子自旋的概念，掌握自旋磁量子数的取值2）明确原子波函数的概念，了解 Slater 行列式和保里原理3）掌握基态原子的电子排布方式重 点：1 ）氢分子离子和共价键的本质 2）分子轨道理论，杂化轨道理论3）简单HMOt和共轭分子键级、自由价和分子图第 3 部分分子的结构和性质总学时 （单位：学时 ）:8 讲课:8 实验 :0 上机 :0第 3.1 部分 氢分子离子（讲课 2 学时） 具体内容：1 ）明确氢分子离子薛定谔方程的建立方法和线性变分法求解该方程的原理2）掌握解的结果3）明确三个积分的意义第 3.2 部分 分子轨道理论，分子轨道的类型、符号和能级顺序（讲课 2

12、学时） 具体内容：1 ）掌握简单分子轨道理论的要点 2）掌握双原子分子轨道的类型和双原子分子电子组态，能够分析成键情况、进行简单的性质预测第 3.3 部分 双原子分子的结构和性质（讲课 2 学时） 具体内容：1 ） 了解氢分子薛定谔方程的海特勒伦敦近似解法2）明确价键理论的要点3）掌握杂化轨道理论的要点和杂化轨道的基本类型第 3.4 部分 休克尔分子轨道理论和共轭分子（讲课 2 学时） 具体内容：1）掌握休格尔分子轨道理论的基本要点2）掌握离域n键的类型和形成条件3）掌握电荷密度、键级和自由价的计算重 点：1 ）分子轨道理论，价键理论，共价键本质及典型的双原子分子的电子排布2） HMO法及其在

13、共轭分子中的应用难 点：HMO法及其在共轭分子中的应用第 4 部分配位场理论和络合物结构总学时 （单位：学时 ）:2 讲课:2 实验 :0 上机 :0具体内容：本单元分别从分子轨道理论和价键理论入手， 介绍了晶体场理论和配位场理论的基本思想及 其应用。 通过本单元学习， 应重点掌握晶体场理论和配位场理论的基本内容及其应用， 理解羰基 化合物，n络合物中b n配键的形成过程，了解 dp配键的概念，了解夹心化合物，了解 氮分子络合物及其活化。重 点： 晶体场理论，配位场理论难 点： 晶体场理论，配位场理论第 5 部分 分子光谱 总学时 （单位：学时 ）:2 讲课:2 实验 :0 上机 :0 具体内

14、容：1） 了解分子光谱的构成和表示方法2） 了解双原子分子转动光谱和振动光谱的量子力学处理方法3）掌握转动光谱和振动光谱的能级计算方法，掌握转动光谱和振动光谱的选律4）了解多原子分子的振动光谱，明确简正振动的概念和简正振动的模式重 点： 物质结构的近代分析方法原理难 点： 分子光谱，磁共振谱的基本原理第 6 部分 晶体结构与结晶化学总学时 （单位：学时 ）:6 讲课:6 实验 :0 上机 :0第 6.1 部分 晶体结构的周期性和点阵（讲课 2 学时）具体内容：晶体化学的基础知识， 其中重点论述了金属晶体、 离子晶体和分子晶体等的结构的基本型式 及规律。第 6.2 部分 金属键和金属一般性质（讲课 2 学时） 具体内容：通过本单元学习，应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。第 6.3 部分 离子晶体和点阵能计算（讲课 2 学时） 具体内容：了解 X 光衍射法的基本原理。重 点： 晶胞和晶胞参数的概念，金属晶体的结构（最密堆积和密堆积）、离子晶体的结构。难 点：晶体结构第 7 部分 习题课 总学时 （单位：学时 ）:2 讲课:2 实验 :0 上机 :0编写人：张爱黎曹晓晖 孟锦宏 审核人：高虹批准人：赵