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無機化學反應機理范文1

關鍵詞：無機化學；現狀；無機合成；制備化學研究

一、無機合成與制備化學研究進展

無機合成與制備在固體化學和材料化學研究中占有重要的地位，是化學和材料科學的基礎學科。近年來無機合成與制備化學研究的新進展主要表現為以下幾個方面：

1.1極端條件合成。在現代合成中愈來愈廣泛地應用極端條件下的合成方法與技術來實現通常條件下無法進行的合成，并在這些極端條件下開拓多種多樣的一般條件下無法得到的新化合物、新物相與物態。超臨界流體反應之一的超臨界水熱合成就是無機合成化學的一個重要分支。

1.2軟化學合成。與極端條件下的合成化學相對應的是在溫和條件下功能無機材料的合成與晶化，即溫和條件下的合成或軟化學合成。由于苛刻條件對實驗設備的依賴與技術上的不易控制性，減弱了材料合成的定向程度。而溫和條件下的合成化學――即“軟化學合成”，正是具有對實驗設備要求簡單和化學上的易控性和可操作性特點，因而在無機材料合成化學的研究領域中占有一席之地。

1.3缺陷與價態控制。缺陷與特定價態的控制是固體化學和固體物理重要的研究對象，也是決定和優化材料性能的主要因素。材料的許多性質如發光、導電、催化等都和缺陷與價態有關。晶體生長行為和材料的反應性與缺陷關系密切，因此，缺陷與價態在合成中的控制顯然成為重要的科學題。缺陷與特定價態的生成和變化與材料最初生成條件有關，因此，可通過控制材料生成條件來控制材料中的缺陷和元素的價態。

1.4計算機輔助合成。計算機輔助合成是在對反應機理有了了解的基礎上進行的理論模擬過程。國際上一般為建立與完善合成反應與結構的原始數據庫，再在系統研究其合成反應與機理的基礎上，應用神經網絡系統并結合基因算法、退火、mon te2carlo 優化計算等建立有關的合成反應數學模型與能量分布模型，并進一步建立定向合成的專家決策系統。

1.5組合化學。組合化學是利用組合論的思想和理論，將構建單元通過有機/無機合成或化學法修飾，產生分子多樣性的群體（庫），并進行優化選擇的科學。組合化學用于合成肽組合庫，也稱組合合成、組合庫和自動合成法。組合方法同時用n 個單元與另外一組n′個單元反應，得到所有組合的混合物，即n+ n′個構建單元產生n×n′批產物。

1.6理想合成。理想合成是從易得的起始物開始，經過一步簡單、安全、環境友好、反應快速、100% 產率獲得目標產物。趨近理想合成策略之一是開發一步合成反應，如富勒烯及相關高級結構的合成，從易得的石墨出發，只需一步反應即得到目標產物，產率44%。趨近理想合成策略之二為單元操作。相對復雜的分子，如藥物、天然產物的合成，需要多步反應完成。在自然界里，生物采取多級合成的策略，在眾多酶的作用下，用前一步催化反應的產物作為后續反應的起始物，直至目的產物的生成。

二、固體無機化合物的制備及應用

2.1光學材料的研究。1983年蘇勉曾等在系統研究氟鹵化物的X-射線發光及紫外發光現象的過程中發現了BaFX：Eu2+晶體經X-射線輻射后著色的現象開始注意到晶體中色心生成并于1984年開始研究晶體的X-射線誘導的光激勵發光現象及發光機理用光激勵發光材料制成了圖像板作為X-射線的面探測器。他們還設計制作了一臺由光學精密機械和計算機組成的計算X-射線圖像儀已可以獲得清晰的X-射線透視圖象和粉末晶體衍射圖像。

2.2多孔晶體材料的研究。徐如人、龐文琴等在水熱法合成各種類型分子篩的基礎上發展了溶劑熱合成法利用前驅體和模板劑制備了一系列水熱技術無法合成的新型磷酸鹽及砷酸鹽微孔晶體所合成的JDF-20是目前世界上孔口最大的微孔磷酸鋁；1989年徐如人、馮守華等首次報道了微孔硼鋁酸鹽的合成和性質之后又獲得了一系列新型微孔硼鋁氯氧化物。其中硼的配位數可取4也可取3但不會高于4；鋁、鎵、銦的配位數大多超過4有的甚至達到6。所有這些都突破了傳統分子篩純粹由四面體結構基元構成的概念為開發新型結構特征的微孔材料提供了豐富的實驗依據。

2.3金屬氫化物的研究。申泮文等設計了有特殊攪拌設備的固-液-氣多相反應釜使“金屬還原氫化反應”在400～500℃范圍內進行完全；利用此類反應以新方法合成復合金屬氫化物；以“共沉淀還原法”“置換擴散法”制備了鈦鐵系、鎳基或鎂基合金等儲氫材料；創造了釹鐵硼等永磁材料合成新工藝。

2.4 C60及其衍生物的研究。1990年底中國科學院化學研究所和北京大學開始C60團簇的合成實驗研究爾后國內10余個單位相繼開展了C60的研究取得了很好的結果如首先在國際上建立了重結晶分離C60和C70的方法；在國內首次獲得了K3C60和Rb3C60超導體達到了當時的國際先進水平；發現在陰極中摻雜Y2O3可以大大提高陰極沉積物中等碳納米管的含量；首先報道了直接氧化C60含氮化合物的研究成果等。

三、室溫和低熱固相化學反應

3.1固相反應機理與合成。忻新泉等近10年來對室溫或近室溫下的固相配位化學反應進行了系統的研究探討了低。熱溫度固-固反應的機理提出并用實驗證實了固相反應的四個階段擴散-反應-成核-生長每步都有可能是反應速率的決定步驟；總結了固相反應遵循的特有的規律；利用固相化學反應原理合成了幾百個新原子簇化合物、新配合物以及固配化合物。

3.2原子簇與非線性光學材料。非線性光學材料是目前材料科學中的熱門課題。近10多年來人們對三階非線性光學材料的研究主要集中在半導體、有機聚合物、C60以及酞菁類化合物上而對金屬簇合物的非線性的研究幾乎沒有。忻新泉等在低熱固相反應合成大量簇合物的基礎上開展了探索研究發現Mo（WV）-Cu（Ag）-S（Se）簇合物具有比目前已知非線性光學材料更優越的三階非線性光限制效應使我國在這一前沿領域的創新工作中占有一席之位。

3.3合成納米材料新方法。納米材料是當前固體物理、材料化學中的又一活躍領域。制備納米材料的方法總體上可分為物理方法和化學方法兩大類。賈殿贈、忻新泉等發現用低熱或室溫固相反應法可一步合成各種單組分納米粉體，并進一步開拓了固相反應法制備納米料這一嶄新領域取得了令人耳目一新的成績。如在深入探討影響固相反應中產物粒子大小的因素的基礎上實現了納米粒子大小的可調變；利用納米粒子的原位自組裝制備了各種復合納米粒子。該法不僅使合成工藝大為簡化降低成本而且減少由中間步驟及高溫固相反應引起的諸如產物不純、粒子團聚、回收困難等不足為納米材料的制備提供了一種價廉而又簡易的新方法亦為低熱固相反應在材料化學中找到了極有價值的應用。

3.4綠色化學。綠色化學是一門從源頭上減少或消除污染的化學它解決的實質性問題是減少合成反應的污染或無污染。低熱固相化學反應不使用溶劑對環境的友好及獨特的節能、高效、無污染、工藝過程簡單等優點使之成為綠色合成化學值得考慮的手段之一。近年來我們在這方面做了許多有益的嘗試取得了許多有意義的結果如嘗試在低熱溫度下用固體FeCl3？6H2O氧化苯偶銦類化合物成功地合成了相應的苯偶酰類化合物；嘗試將低熱固相反應合成方法用于芳醛、芳胺及過渡金屬醋酸鹽的原位縮合-配位反應高產率地合成了相應的Schiff堿配合物。有關固相反應在綠色化學中的應用潛力有待進一步發掘尤其是在合成工業綠色化方面需要更多的投入。

結語：在近年來取得較突出的進展，主要表現在固體材料化學、配位化學等方面。未來無機化學的發展特點是各學科交叉縱橫相互滲透，用以解決工業生產與人民生活的實際問題。

參考文獻：

[1]周益明，忻新泉. 我國固體無機化學的研究進展[J]. 化學通報，1999，11：1-6.

無機化學反應機理范文2

關鍵詞：雜化軌道；共價鍵；分子構型；σ鍵；π鍵

文章編號：1005C6629（2016）10C0092C05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

無機化學和有機化學是非常重要的兩門基礎學科，其中“雜化軌道理論”在兩門課程中均有涉及，它是認識無機物質及有機物質的基礎，并更有助于理解化合物的空間結構和理化性質。若能把“雜化軌道理論”在兩門課程中的知識點進行銜接性學習，就可以更容易理解和掌握知識要點。縱觀無機化學與有機化學雜化軌道理論章節，不難發現，其中第二周期的三種元素原子C、O和N的雜化成鍵方式對學好無機化學和有機化學顯得尤為重要。本文試對C、O和N三種原子雜化成鍵過程和方式進行分析，闡述三種原子的成鍵規律，使中學知識與大學知識由淺入深地進行對接，將無機化學與有機化學的雜化軌道理論知識點銜接起來，為學生的學習與教師的備課提供有益參考[1～5]。

1 碳原子C（2s22p2）的雜化

C原子是構成有機物的重要原子，了解C原子的成鍵規律，對掌握有機物結構及反應性質有重要的意義。從簡單結構的無機化學課程中的實例CH4、CH3-CH3、HCN、CO2入手，演變為重要的有機官能團及有機化合物，梳理出一條清晰的知識脈絡。

1.1 C-H鍵（σ鍵）

掌握C-H構成的σ鍵要從簡單的有機化合物、中學課本中常見實例CH4入手，中心C（2s22p2）原子采用sp3雜化方式與H原子的s軌道重疊成鍵，構成正四面體結構[6，7]。甲烷雜化成鍵如圖1所示，中心C原子價層電子2s22p2中s軌道電子受到激發躍遷到p軌道當中，s軌道與3個p軌道進行雜化形成具有單電子的4個sp3雜化軌道以接受H原子s軌道當中的自旋相反的單電子成鍵。

當CH4中C的一個軌道不與H原子成鍵時，僅有一個單電子占據軌道，則可變換為有機化學中重要基團甲基自由基?CH3，掌握它的成鍵過程對研究有機反應有著重要的意義。甲基自由基與甲烷不同，其中心C（2s22p2）原子采用sp2雜化方式與H原子的s軌道重疊成鍵，構成平面三角形結構。甲基自由基雜化成鍵如圖2所示，雜化后的3個sp2軌道具有單電子可以與H原子s軌道當中的自旋相反的單電子成鍵，最終剩余1個2pz軌道中有一個電子[9]。

當?CH3中的C失去一個電子，成為C正離子后，基團變為甲基正離子H3C+（中心C離子外層電子為2s22p1），其與甲基自由基雜化成鍵方式類似，不同的是雜化成鍵以后剩余的2pz軌道當中沒有電子，但構型仍呈平面三角形。其雜化成鍵過程如圖3所示[11]。

當?CH3中的C得到一個電子，成為C負離子后，基團變為甲基負離子H3C-，與前兩者雜化成鍵方式不同，由于中心C離子外層電子為2s22p3，其只能采用不等性sp3雜化，如圖4所示，成鍵以后剩余一個具有孤對電子的sp3軌道，由于孤對電子沒有成鍵，使得本應該為正四面體構型變成了三角錐型結構[13]。

1.2 C-C鍵（σ鍵和π鍵）

C-C鍵（σ鍵）是構成有機物基本骨架重要的成鍵方式，例如乙烷CH3-CH3中的C原子為sp3雜化，相當于最簡單的有機物兩個CH4相連，形成的C-C的σ鍵以sp3-sp3軌道重疊成鍵；C-H的σ鍵為sp3-s軌道重疊成鍵[15～17]。以簡單的C-C鍵可以演化出C=C鍵（σ鍵+π鍵），雙鍵當中除了重要的σ鍵外，還存在π鍵。π鍵的存在使得許多有機反應可以發生，它是掌握有機反應機理的重要成鍵方式。以最簡單的乙烯CH2=CH2為例，C原子雜化成鍵方式如圖5所示，C采用sp2雜化，其中C-H的σ鍵是sp2-s成鍵；C=C之間的σ鍵以sp2-sp2成鍵；π鍵是雜化以后剩余的2pz軌道以肩并肩形式構成pz-pz重疊π鍵。在有機反應中易發生親電加成反應。CC鍵（σ鍵+2個π鍵）以乙炔為例，除了σ鍵外，叁鍵當中有兩個π鍵，其中C原子采用sp雜化，如圖6所表示的，C雜化成鍵后剩余的2py和2pz軌道以肩并肩形式分別構成2個py-py和pz-pz重疊的π鍵，最終乙炔構成直線型結構[18]。

C=C鍵和CC鍵在有機化合物中極為常見，許多有機化合物中還不僅僅以單一雙鍵和單一叁鍵形式存在。若乙烯（或乙炔）當中的H原子被乙烯或乙炔結構單元取代后，其構成π鍵的py或pz軌道重疊形成離域π鍵，分子形成共軛分子體系。如圖3中所示，就是通過此成鍵方式形成的重要有機化合物丁二烯[圖7（a）]和苯[圖7（b）][20]。

無機化學實例氫氰酸H-CN：中C、N均采用sp雜化，其中形成的C-H的σ鍵為sp-s軌道重疊，而C和N之間的叁鍵類似乙炔中C和C之間的成鍵方式，只是在雜化時N原子為不等性sp雜化，所以N原子雜化后的sp軌道當中留有孤對電子，最終氫氰酸構型為直線型（如圖8）。

依據氫氰酸結構，將H原子換成任意烷基基團R，則構成有機化合物腈R-CN：，如乙腈CH3-CN：，C原子與N原子之間雜化成鍵方式與氫氰酸一樣，只是烷基一側成鍵軌道有所改變，甲基與C原子之間為sp3軌道與sp軌道重疊成鍵。

1.4 羰基：C=O（σ鍵+π鍵）

羰基作為有機反應中一類活性基團，其雜化成鍵規律在探討有機化學反應機理時尤為重要。了解羰基的雜化成鍵性質要從最簡單的無機實例CO2入手，CO2分子中心C原子采用sp雜化，雜化過程如圖6中乙炔的C相似，雜化后余下的2py和2pz軌道分別與兩個O（2s22p4）原子中2py或2pz肩并肩重疊形成兩個π34鍵，C雜化的兩個sp軌道分別與兩個O原子中px軌道重疊形成2個σ鍵（sp-px），所以構成直線型結構。

C=C-C=O基團：若羰基基團上連有C=C雙鍵，所有C和O的pz軌道肩并肩形成大π鍵，形成共軛體系，如圖10所示。從簡單的無機實例CO2出發，只要掌握羰基雜化成鍵方式，通過變換不同的取代基便可推出各種具有羰基衍生物的雜化成鍵規律。

2 氧原子O（2s22p4）的雜化

2.1 臭氧O3和氧氣O2

無機實例O3相當于OO2，中心氧原子采用不等性sp2雜化，余一對孤對電子在sp2軌道當中，O-O鍵：σ鍵（sp2-py）；所有O原子中剩余的pz軌道形成π34鍵（如圖11），整個分子結構呈V型[21，22]。對于氧分子O2的成鍵方式則要利用分子軌道理論解釋，1個σ鍵2個3電子π鍵，鍵級為2，在這里不贅述。

2.2 水H2O和雙氧水H2O2

依據臭氧O3結構，可將非中心原子氧替換為H原子，則為H2O，中心O原子采用不等性sp3雜化后與H原子s軌道重疊成鍵（sp3-s），由于兩個sp3軌道中兩對孤對電子的存在，使水分子構型呈V型，如圖12（a），夾角為104.5°。雙氧水H2O2中兩個O也為不等性sp3雜化，H-O-O-H鍵空間構型如同一本打開的書，且書打開角度為105°左右，其分子結構為圖12（b）。

2.3 甲醚CH3-O-CH3、甲醇CH3-OH和苯酚

3 氮原子N（2s22p3）的雜化

3.1 氨NH3、聯氨NH2NH2和羥胺NH2OH

N原子的雜化要從無機實例NH3談起，中心N原子采用不等性sp3雜化方式后與H原子s軌道重疊成鍵，構成三角錐型結構，鍵夾角為107.3°，這與1.1中甲基負離子H3C-結構相似。聯氨和羥胺中的N原子都采用了不等性sp3雜化，它們的構型如圖15所示，聯氨和羥胺中的H-N-H夾角約為107°。

4 結語

綜上所述，C、O和N三種原子的雜化成鍵方式均可由簡單的無機化學章節中的實例深入至較為復雜的有機化合物。以C、O和N三種原子作為橋梁將無機化學與有機化學的雜化軌道理論內容進行銜接，可為學生學習及教師備課提供較為清晰的知識脈絡。

參考文獻：

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[5]尹愛萍.基礎化學“雜化軌道理論”的教學初探[J].興義民族師范學院學報，2012，（1）：95～98.

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無機化學反應機理范文3

1 心理護理

穩定患者情緒,使其自覺接受治療是保證醫療效果的關鍵。急性白血病臨床癥狀突出且較嚴重,病情進展迅速,部分患者對本病的預后有所了解,因此,患者的思想負擔較重,有極大的心理壓力,而治療費用所帶來的經濟壓力及疾病本身長期化療所帶來的軀體不適,都會引起患者不良情緒反應[3]。

本病患者往往以發熱、出血、貧血為首發癥狀,加上得知本病預后不良,往往產生悲觀、恐懼、失望等負性情緒,甚至拒絕治療。患者對本病的心理反應隨年齡,文化背景等不同有很大的差異,因此應了解不同患者不同時期的心理特征,做出有針對性的護理。①護士應同情關心患者,了解其個性特征,讓患者發泄不良情緒,鼓勵其表達出內心的情緒;②向患者說明長期情緒低落、焦慮、抑郁等易導致內環境失調,使免疫力下降,影響病情,使患者盡量逆轉不良的心理反映,提高治療效果;③做好心理疏導,介紹目前治療白血病的新進展及治療后長期生存的病例,幫助其消除負性心理,提高患者對化療的依從性,同時做好家屬安撫工作,調動患者與疾病斗爭的積極性,配合治療;④幫助患者建立良好的生活方式,使之感受到生命的價值,提高生存的信心。

2 靜脈輸液的護理

① 合理選用靜脈,盡量采用靜脈留置導管,避免在循環不良的肢體進行注射;②避免藥物外滲,在化療藥物前后用生理鹽水沖管[4],拔針后局部按壓數分鐘后,達到止血和防止藥物外滲的目的,若出現化療藥物外滲,立即給予硫代硫酸鈉或生理鹽水加地塞米松做扇形局部封閉,并用冰袋冷敷,未并發靜脈炎;③ 另外輸液過程中加強巡視也非常重要。

3 口腔潰瘍的護理

每日詢問并檢查患者口腔情況,及早發現口腔炎以便做出及時有效的處理。盡量減少潰瘍面,促進潰瘍的愈合,應該每天兩次采用生理鹽水漱口[5],用軟毛牙刷于晨起及睡前仔細清潔口腔,用力要輕,避免損傷,牙刷每周消毒2次。三餐前后及睡前用氯己定漱口,保持口腔衛生[6]。化療期間避免進食刺激性食物,禁煙酒,多飲水。對極易引起口腔炎的化療藥物應用前預先告知患者,使其引起重視,加強口腔護理,并積極遵醫囑給予預防性用藥。

4 飲食護理

給予高熱量、富含蛋白質與維生素的飲食,建議患者選擇胃腸道癥狀輕的時間進食,避免不良的環境因素,如油煙、嘔吐物、排泄物,創造安靜、整潔、舒適的治療環境。避免治療前后2 h進食,必要時,可以遵醫囑給予止吐藥物。化療當天早晨最好6時以前進食,這樣中間時間長些,可以減輕惡心、嘔吐反應[7]。

5 預防感染和出血

急性白血病的完全緩解率及骨髓抑制期的感染率均與護理工作密切相關,在聯合化療期間,要正確執行醫囑,加強護理工作及無菌技術操作是急性白血病治療中的重要組成部分,創造一個潔靜、安全醫療環境,是患者平穩度過骨髓抑制的重要保障。病室保持空氣流通。患者要注意保暖,講究個人衛生,避免創傷。限制探視,有呼吸道感染者禁止探視,防止發生交叉感染。定期門診復查血象。

6 其他護理措施

除了要注意執行以上各項護理措施之外,還要注重患者骨髓抑制期的護理,有條件者住單人房間,減少探視人員,積極抗感染治療。遵醫囑予支持治療,應用升白細胞藥物,縮短骨髓抑制期,必要時輸紅細胞及血小板,嚴格無菌操作及查對制度,密切觀察,預防輸血反應的發生。

參考文獻

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[5] 徐瑞蓮.自血病化療繼發醫源性口腔潰瘍護理體會.蚌埠醫學院學報,2005,30(5):472.

無機化學反應機理范文4

摘要：本文針對大學化學的學科特點，從四個方面探討了量子化學計算軟件在大學化學教學的應用實例。運用形象直觀的量子化學軟件，結合多媒體教學手段，將枯燥、深奧、抽象的化學知識和概念以一種形象、生動、直觀、立體的形式呈現出來，幫助學生建立形象思維，使學生進入一種喜聞樂見、生動活潑的學習氛圍，從而開拓學生思路，激發學生學習興趣。結果表明，該方法對激發學生學習化學的興趣具有顯著的促進作用，取得了良好的教學效果，同時也豐富了大學化學課程的教學方法。

關鍵詞：量子化學；密度泛函理論；計算化學；Gaussian 09

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0176-04

傳統的化學是一門實驗科學，它的發展已經經歷了幾千年的時間。發展至今，化學科學已經成為了包含有機化學、無機化學、物理化學、生物化學、分析化學、實驗化學、理論化學、應用化學、精細化學、材料化學等眾多子學科的中心學科。在大學化學基礎理論的教學中，涉及很多抽象的化學知識和概念，比如原子、分子及晶體結構等，無法通過肉眼進行直接觀測，而且微觀結構難以用宏觀模型進行科學的描述。傳統的教學模式很難滿足學生學習化學的需求，這就需要引入新型的先進教學方法和手段。上個世紀20年代開始形成了一門新的化學子學科――量子化學。量子化學是用量子力學原理研究原子、分子和晶體的電子層結構、化學鍵理論、分子間作用力、化學反應理論、各種光譜、波譜和電子能譜的理論，以及無機和有機化合物、生物大分子和各種功能材料的結構和性能關系的科學[1]。理論與計算化學能滲透到化學領域的很多方面，與其他學科交叉，并形成了很多分支學科，例如：物理化學方面，我們可以通過量子化學方法計算分子的熱力學性質、動力學性質、光譜性質、固體的化學成鍵性質等，從而形成了量子電化學、量子反應動力學等子學科；在有機化學方面，可以通過量子化學計算預測異構體的相對穩定性、反應中間體性質、反應機理與譜學性質（NMR，ESR…）等，因而衍生了量子有機化學；在分析化學方面，可以借助于計算化學進行實驗光譜的解析等；無機化學方面，可以進行過渡金屬化合物的成鍵性質的解析等，并形成了量子無機化學；在生物化學領域中，也可以通過理論計算研究生物分子活性中心結構、結構環境效應、酶與底物相互作用等，并逐漸產生了量子生物化學。隨著計算量子化學方法與計算機科學的發展，本世紀有望在復雜體系的精確量子化學計算研究方面取得較大進展，從而更好地從微觀角度去理解和預測宏觀化學現象。本文通過四個教學實例，運用形象直觀的量子化學軟件，結合多媒體教學手段，將枯燥、深奧、抽象的化學知識和概念以一種形象、生動、直觀、立體的形式呈現出來，幫助學生建立形象思維，使學生進入一種喜聞樂見、生動活潑的學習氛圍，從而開拓學生思路，激發學生學習興趣。結果表明，該方法對激發學生學習化學的興趣具有顯著的促進作用，取得了良好的教學效果，同時也豐富了大學化學課程的教學方法。

一、常用量子化學軟件Gaussian/GaussView簡介

Gaussian軟件是一個功能強大的量子化學綜合軟件包，它可以在Windows，Linux，Unix操作系統中運行，是在半經驗計算和從頭計算中使用最為廣泛的計算化學軟件之一。該軟件可以計算分子的能量和結構、鍵和反應能量、分子軌道、原子電荷和電勢、振動頻率、紅外和拉曼光譜、核磁性質、極化率和超極化率、熱力學性質、反應路徑等。該軟件的量子化學計算可以對體系的基態或激發態執行，可以預測周期體系的能量，結構和分子道。因此，Gaussian可以作為功能強大的工具，用于研究許多化學領域的課題，例如取代基的影響、化學反應機理、勢能曲面和激發能等等，因此我們可以從微觀角度去理解和預測很多宏觀的化學性質及現象。Gaussian計算軟件經常與相應的可視化軟件GaussView連用。目前Gaussian軟件的最新版本是Gaussian 09[2]。

二、量子化學理論及軟件在大學化學教學中的應用實例

1.分子穩定性預測。1，3-丁二烯分子中的碳-碳單鍵能夠自由旋轉，因而理論上可以形成順式和反式異構體。那么兩種異構體的熱力學穩定性如何？我們可以通過理論計算給出合理的預測。運用密度泛函理論（density functional theory，DFT），在B3LYP/6-31G*水平，我們分別優化了順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的幾何結構，并做了頻率分析。頻率計算無虛頻，說明所得到的順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯均為最小點。圖1給出了B3LYP/6-31G*優化得到的順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的幾何結構和相對應的分子的能量。理論計算結果表明，相對于順式1，3丁二烯的能量，反式1，3-丁二烯的能量大約低3.55 kcal/mol，所以反式1，3丁二烯的熱力學穩定性更強，這就解釋了為什么實驗上沒有發現順式-1，3丁二烯構象的存在。

2.分子的紅外吸收光譜和振動模式。將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，據此可以對分子進行結構分析和鑒定。紅外光譜法的工作原理是由于振動能級不同，化學鍵具有不同的頻率。因此，通過理論上的頻率計算，就可以相應地得到分子的紅外吸收光譜，并可以與實驗得到的紅外光譜進行比較。以最常見的H2O為例，基于水分子穩定點，通過DFT理論，在B3LYP/6-31G*水平計算了H2O分子的頻率，并得到了相應的紅外光譜圖。如圖2所示，在計算的水分子的紅外光譜圖中，一共有三個吸收峰，理論值與實驗值（括號內的數值）是一致的。并且按照波數從小到大，分別對應H2O分子中O-H鍵的三種振動模式，分別是剪式振動，對稱性伸縮振動，非對稱的伸縮振動模式。通過理論計算和圖形界面的動畫演示，有利于加強學生對紅外光譜的理解。

3.苯的前線分子軌道。分子軌道理論是結構化學教學的重點和難點內容之一。分子軌道理論是指當原子組合成分子時，原來專屬于某個原子的電子將在整個分子范圍內運動，其軌道也不再是原來的原子軌道，而成為整個分子所共有的分子軌道。關于分子軌道的概念非常抽象，單純從理論和數學的角度學生難以理解[3，4]。如果能夠結合量子化學軟件將分子軌道圖形化，有助于學生深入理解該理論。以苯分子的分子軌道計算為例，簡單說明量子化學在結構化學教學中的應用。苯分子中有6個碳原子，6個π電子。這6個π電子雜化成6個π型分子軌道，其中三個成鍵軌道三個反鍵軌道。圖3是通過Gaussian 09軟件，在B3LYP/6-31G*水平計算得到苯分子的所有π型軌道，并通過GaussView可視化軟件，將這6個π軌道顯示出來。從圖3中可以看出，這6個π型分子軌道的節面數分別是0，1，2或3。這6個π型軌道共有四個能級，節面為1和2的分子軌道，分別有兩個簡并能級。

4.溶劑化顯色效應的模擬及其機理解釋。溶劑分子能引起溶質吸收帶的位置，強度，甚至譜線形狀的變化[5]。這種現象稱為溶劑化顯色現象。在從微觀結構研究溶劑對噻吩類化合物結構及性能影響方面，理論計算起著越來越重要的作用。圖4（a）展示了含時密度泛函（TD-DFT）方法計算得到的齊聚噻吩的吸收光譜圖，譜線按Lorentzian線形展開，從氣相到強極性的水溶液，聚噻吩的吸收光譜發生了紅移現象，與實驗現象一致。根據Frank-Condon原理，垂直激發通常伴隨著電荷的重新分布，因此激發過程可能會導致溶質偶極矩和能量發生變化。基于此，我們采用完全活性空間自洽場方法（complete active space self-consistent field）CASSCF（12，10）/6-31G*方法分別計算了二噻吩氣相與溶液中基態和第一單重激發態的能量。如圖4（b）所示，隨著溶劑極性的增加，基態和激發態能量均隨著溶劑極性增加而降低，但是激發態的能量降低的比基態的能量降低的要多一些，從而從本質上解釋了噻吩吸收光譜發生紅移的原因[6]。

運用量子化學計算軟件Gaussian 09和可視化軟件GaussView，結合多媒體技術，將大學化學教學中抽象難懂的化學知識以一種形象、直觀、易于理解的形式呈現出來，有利于學生更加深入形象地理解化學知識，還能提高學習效率，對激發學生學習化學的興趣具有顯著的促M作用，取得了良好的教學效果，同時也豐富了大學化學課程教學的方法。

參考文獻：

[1]Lewars，E. Computational Chemistry-Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics，Kluwer Acadamic Publishers：New York，Boston，Dordrecht，London，Moscow，2004：1-5.

[2]Frisch，M. J. et al.，Gaussian 09，Revision A. 02，Gaussian，Inc.，Wallingford，CT，2009.

[3]李延偉，姚金環，楊建文，申玉芬，鄒正光.量子化學計算軟件在物質結構教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2012，（5）.

[4]劉楊先.量子化學Gaussian軟件在“燃燒學”教學中的應用[J].課程教材改革，2012，（19）：41-42.

無機化學反應機理范文5

關鍵詞：高職；高分子材料化學基礎；內容；改革

《高分子材料化學基礎》是高分子材料加工技術專業一門必修的專業基礎課，是以高中（包括中專、技校、職高）化學基礎為起點，以高分子化學知識為核心內容，融入高分子化學所必要的無機化學、有機化學、物理化學知識，構建本專業基本的化學知識體系，培養本專業所需化學實驗操作基本技能，為學習后續的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基礎》、《塑料測試技術》、《塑料混配技術》、《塑料成型技術》等課程打基礎。顯然該課程是高分子材料加工技術重要的專業基礎課。但從目前該課程的內容體系來看，學科體系明顯，內容體系仍是無機化學、有機化學、物理化學及高分子化學知識體系的機械組合，其結果是課程內容多而雜，理論深而澀，給該課程的教學帶來困難而且教學效果欠佳，可以認為目前該課程體系無法適應高職教育的要求，所以很有必要對該門課程的內容進行改革。

一、課程教學內容改革的依據

本門課程教學內容改革的依據主要考慮如下三點：第一是考慮高分子材料加工技術畢業生主要就業崗位對化學知識、技能及態度的需要，保證畢業生在就業崗位上具有夠用的化學基礎知識與從事化學實驗室工作的技能；第二是考慮畢業生職業生涯發展的需要，要讓學生掌握能夠支持其進一步提高其專業水平所需的化學知識，為他們的職業發展提供后勁；第三是考慮目前高職生源的高中化學知識的掌握程度以及學習能力的實際情況。

為了掌握高分子材料加工技術專業畢業生的主要就業崗位對化學基礎知識、技能及態度的要求，我們對湖南塑料行業校企聯盟企業進行了走訪調查，調查的主要企業有湖南路路通塑業有限公司、湖南神塑科技有限公司、南車集團時代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益達塑業有限公司、株洲三鑫塑膠科技有限公司、株洲創業塑料有限公司，另外還對25家塑料加工企業通過電子郵件發送調查表進行了調查，28家外省企業進行了電話訪問調查，調查塑料加工企業達到61家。調查結果表明我校高分子材料加工技術專業畢業生就業主要有四大技術工作崗位，分別是塑料擠出技術員崗位、塑料注射技術員崗位、塑料配方技術員崗位、塑料測試技術員崗位。我們根據這四個主要技術崗位所需要的化學基礎知識進行了問卷調查，發出問卷調查表207份，回收調查表198份。《高分子材料化學基礎》教學內容需求調查表如表1所示。

從調查表中我們可以看出，《高分子材料化學基礎》七個單元的內容對我校畢業生主要就業崗位都是需要的，其中以塑料配方技術員對《高分子材料化學基礎》知識要求最高，統計需要數據達到1247次，其它三個就業的主要崗位對《高分子材料化學基礎》內容要求相關不大，均超過了1100次，就業的其它崗位對本門課程的要求相對不高，只有934次。由此我們可以得出，《高分子材料化學基礎》對本專業主要就業技術崗位來說非常重要，但對在其它崗位上就業的畢業生重要性相對降低。就各單元來說，以“碳鏈高聚物及其單體”單元最為重要，調查表中統計次數達964次，調查企業對象認為最不重要的內容是“高聚物合成”單元，只有573次，其次不重要的是“高聚物化學反應”單元，為707次，其它單元的統計次數多在800次左右，這幾個單元的內容是可以認為是很重要的。

通過本次調查，我們知道了《高分子材料化學基礎》哪些內容對畢業生就業崗位是最重要及很重要的，哪些內容相對不重要，為我們對《高分子材料化學基礎》課程教學內容的選取找到了可靠的依據。

對于教學內容的選取我們也不能完全采取實用主義的辦法，也就是說不是采用學生在企業的就業崗位用到那些知識我們就教授那些知識，高等職業教育屬于國民教育序列中的高等教育，還需要考慮學生職業生涯的發展，也就是說為學生提供能夠支撐其后續發展所必需的化學基礎知識。采取的措施是在學生高中化學知識的基礎上，將高等教育層次的化學基本的原理、理論融入各教學單元中，提高學生化學基本知識與技能，達到高分子材料加工技術專業大專層次所必需的化學基礎。

同時我們還要考慮目前高職生源的實際情況，目前高職生源一般來說對高中化學課程掌握的情況不理想，學習能力也有待提高，所以我們選取《高分子材料化學基礎》內容時也不能脫離生源基礎的實際情況，沒有必要將過深的化學理論納入教學內容，不然學生無法掌握教學內容，反而造成不利于提高教學質量的影響，如結構化學的內容、化學反應機理的動力學分析等內容不必作為《高分子材料化學基礎》的內容，以往的教學實踐也證明過深的教學內容對學生學習本門課程是不利的。容易造成學生失去學習的信心與興趣，從而從整體上影響課程教學效果。

二、教學內容的整合

如前所述，目前《高分子材料化學基礎》的內容體系是無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學等多門化學課的機械組合，每門課的教學課時在以往的教學中都在100個學時以上，即總課時在400學時以上，要在96學時的《高分子材料化學基礎》這門課教授完原來400學時以上的內容，顯然不對教學內容進行整合是不可能教授完相關內容，所以必須對高分子材料加工技術專業化學基礎的教學內容進行整合，整合的依據就有前面所述的三個考慮。在課程內容的整合過程中，必須防止以前出現的幾大化學內容簡單的機械的組合，為此要正確把握好這幾門化學基礎課中相關內容的整合和優化，按照高分子材料加工技術專業人才培養目標對知識、技能及態度的要求，科學地進行“綜合”，嚴格地把握好對相關課程內容“取”與“舍”的尺度。課程內容整合是為了改變以往按單一學科系統分別設置課程，各課程自成一體，缺乏聯系，重理論而輕實踐的現象和課程與課程間的內容重復，為此我們重新設計了《高分子材料化學基礎》的內容結構體系，課程內容體系如表3所示。

從《高分子材料化學基礎》教學內容新體系可以看出，新的內容體系打破了原來的幾大化學課程內容機械組合的學科體系，考慮課程的職業性，是根據本專業畢業生就業崗位對本門課程知識、技能及態度的需要來設計內容，沒有學科體系的影響。將無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學這四門課的內容根據職業崗位的需要進行了取舍，整合為一門課程，即《高分子材料化學基礎》。需要調整課程結構，重新優化課程內容，處理好相關內容的銜接。高分子材料化學基礎以高分子材料為主線，無機化學部分容入各教學單元中，有機化學與高分子化學知識密切結合，物理化學內容也容入相關教學單元，舍去過深理論性教學內容，教學內容結合實際，提高學生學習本門課程的興趣，從而提高教學效果。課后最后一個單元是綜合訓練，教學內容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鑒別及聚乙烯醇涂料的制備實驗等，這些教學內容結合生產及生活實際，很好地實現了課程教學目標，教學實踐證明，學生在學習這些內容時興趣昂然，取得了較好的教學效果。

三、課程整合注意問題及效果

無機化學反應機理范文6

[關鍵詞]環境化學 化學專業 化學知識 環境問題

化學專業的學生在知識結構上一般具備兩大特點:(1)具有比較扎實的化學理論和實驗基礎,(2)環境保護的意識相對較差。本文將從這兩方面入手,結合筆者近年的教學經驗和體會,對《環境化學》課程的教學方法進行探討。

一、充分利用其化學基礎知識

化學專業的學生基礎課程主要包括《無機化學》、《有機化學》、《物理化學》、《分析化學》等,根據具體專業不同還會有《油田化學》、《高分子化學》、《催化化學》等,因此,化學專業的學生一般化學基礎較好,而《環境化學》的理論基礎就是化學,因此,大部分的化學專業學生在理解《環境化學》的反應機理等基礎知識上困難較小,如果單純的講授污染物在環境中遷移轉化的基本理論和一般規律,學生接受起來會比較枯燥。我們可以充分利用其化學基礎知識,引導學生自己動手去解決生活或實驗中具體的環境問題,可以使學生思路更清晰、理解更透徹,更準確地掌握化學理論和方法在處理實際環境問題時的應用。

1.利用化學知識解決生活中的環境問題

20世紀40年代之后,隨著全球工業和汽車業的迅猛發展,光化學煙霧污染在世界各地不斷出現,如美國洛杉磯、日本東京、大阪、英國倫敦等大城市。我國近幾年汽車銷售量和保有量迅速增加,北京、南寧、蘭州、廣州等地均發生過光化學煙霧現象。由于具有較大的危害性,光化學煙霧的預防和控制已經成為人們研究的熱點問題。光化學煙霧產生的主要原因在于:汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物和氮氧化物等一次污染物,在陽光的作用下發生化學反應,生成臭氧、醛、酮、酸、過氧乙酰硝酸酯等二次污染物。因此,控制好汽車尾氣排放中的碳氫化合物和氮氧化物成為解決這一難題的關鍵,目前比較成熟的技術就是給汽車增加三元催化裝置,通過催化劑的作用促進一次污染物轉變為無害的二氧化碳和水。而化學專業的學生都具備催化化學的基礎,尤其是與石油煉制相關的專業,催化原理和催化劑制備技術都非常熟悉,因此,可以設置相應的課后作業,讓學生改進現有的汽車三元催化裝置,提高催化效果和使用壽命,其中技術路線成熟的方案可以進入實驗室進行實驗,如果得到較好的實驗結果則可以申請專利或發表文章,還可以參加相關的創業競賽,充分調動起學生學習知識、運用知識的積極性。

2.利用化學知識解決實驗中的環境問題

化學專業的學生除了必修化學理論課之外,還會參加較多的化學實驗,例如,無機化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗等。這些實驗往往用到很多有毒有害物質,也會產生多種污染物,適時的將《環境化學》的理念引入到實驗當中,可以取得較好的效果。

二、重點培養其環境保護意識

當今社會環境保護的呼聲越發高漲,學生們雖能感知到這種熱度,但往往對環境保護的概念和行為的認識比較膚淺,不甚明了。因此,有必要重點加強其感性認知,培養其環境保護意識,具體可以從以下從三個方面入手:

1.結合熱點問題引出環境化學現象

在講解大氣環境化學時,可以將近年來地球上的異常天氣出現的頻率、范圍及影響穿來,如2007年颶風引發的洪水肆虐南亞,2008年初,中國南方各省市遭遇50年不遇的雪災。眾多極端氣候的出現,源自于全球變暖,而溫室效應則是全球變暖的主要原因,進而降解溫室效應的具體原理。還可以結合2009年底哥本哈根峰會的主要議題,探討溫室效應的防治方法。在講解污染物在水體中的遷移轉化行為時,可以結合松花江硝基苯污染事件進行分析,例如硝基苯在水中的擴散稀釋速度與分布,硝基苯在底泥和水體之間的分配情況,硝基苯的生物富集效應以及政府采取的活性炭吸附的原理等等。另外,還可以啟發學生自己尋找相關的熱點問題,找出現象背后的環境化學原理。

2.介紹化學院老師在環境領域取得的成績

由于本科生在學習過程中接觸科研課題的機會較少,將實際科研課題融入到教學內容中,可以使學生了解我校該領域的研究成果,激發他們的聽課興趣,增強他們對學校的自豪感,從而取得了良好的教學效果。在教學過程中,講到大氣中污染物轉化時,介紹環境學科相關老師從事的煉化企業有機廢氣的治理技術;講到水中有機污染物的遷移轉化時,介紹相關老師從事的高濃度有機廢水的治理及回用技術、循環冷卻水應用過程中的生物控制技術;在講到受污染環境的修復時,介紹相關老師從事的石油污染土壤的生物修復技術等。另外,很多化學專業的老師,也從事與環保有關的研究,并取得很多成果,這樣可以拉近化學與環境保護之間的距離,讓有意向的同學可以投身環保事業。

3.參觀實習

在教學實踐方面,強化第二課堂的教學,安排學生到學校附近的污水提升泵站和高家臺自來水廠參觀,有條件時可以安排學生到市區的城市污水處理廠、垃圾填埋場等單位參觀。另外,可以結合化學專業暑假進行的煉油廠生產實習,安排學生在進行正常的煉油工藝實習之外到相關的煉廠污水處理廠參觀實習,這樣既鞏固了學生對環境化學知識及相關環境問題的理解,提高了學習興趣,又培養了學生的環境意識。

三、結語

作為未來我國化學化工行業的主干力量,化學專業學生的環保意識和知識水平將直接關系到我國未來相關領域的環保水平。我們應針對化學專業的學生在知識結構上的特點,不斷探索相應的教學方法,激發學生的學習興趣,使學生既能掌握環境化學的基本理論,又具有運用所學知識解決環境問題的能力。

參考文獻:

[1]戴樹桂.環境化學(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]崔世海等.環境化學課程改革與探索[J].大學化學,2007,22(4).