计算化学教程01Gaussian和Hyperchem使用
双击在跳出的对话框中选择相应的元素，如下图选择了C，同时把对话框底部Allow Ions 选项选上，这样就可以任意画键。然后右上角关闭对话框。
意结构图
选择按钮，旋转图形成近平面，如左图
们同平面三个原子连接起来。如下7. 删除键的方法：
鼠标在Draw模式
下放至要删除的键
的中部，点击右键。
Hyperchem搭建初步构型
的粗模型，在键长和键角上可能很不合理，我们可通过中的几何优化功能，粗略优化一下构型。如下选择菜单Compute →
在跳出的对话框中选择Ok，程序就会对刚才的模型进行优化。这样就得到了化学上相对合理构型，如右。（比较一
下可以看出，程序对键长自动作了一定的调整）
用Hyperchem
9. 保存构型。选择菜单File →Save，保存为
10. 用Gaussview打开，C5.mol 如右，
在Gaussview中可以进行一定的修改。打
开时注意选择*.mol 扩展名。
中选择File →Save 保存为C5.gjf，文件用Scite编辑器打开，内容如下
第1行%开头定义chk文件，类似还可以定义内存%mem，%rwf等。
第2行#开头定义计算关键字
第3行空
第4行说明性文字
第5行空
第6行0 指体系电荷，如负1价离子则写-1. 1 为体系多重度= 2s+1 s为体系总自旋第7-11行为原子坐标。
第12空行
用Gaussian优化构型
下面以优化C5为例进行说明：
1. 编辑C5.gjf文件，内容如右
%mem定义内存为4GB
%nprocshared=8定义使用CPU
数目
#P B3LYP/6-31+G*定义了优化
Freq。
文件传到计算服务器上。
转换文件格式（注意Linux上区分大小写）5. 运行ps x 查看，如果正常，则显示如下：
Gaussian优化构型
传回文件。查看工作是否计算完可以通过类似5步中的ps 录下运行tail C5.out 查看文件末尾信息，如果最后一行显示如下：
Normal termination …说明任务正常结束，结果文件可用。否则可能显示Error …等等错误提示。
7. 若任务正常结束，则再用Scite打开传回的文件C5.out，查找Frequencies，找到如个，或后面的好几个均为负值，则说明此结构不稳定，需进行调整。
8. 本例中，第一个频率为477.7201 cm^-1，正值。说明结构可用。
9. 用Gaussview打开C5.out 文件，显示如下（左图），同优化前（打开C5.gjf 文件
可以查看）（如下右图）相比，结构上发生了明显的变化。
优化后优化前
10. 再把Gaussview打开C5.out 文件得到的几何保存为某个.gjf文件。作进一步的其它计算，如非线性光学计算。
1计算化学概述
1计算化学概述 计算化学在最近十年中可以说是发展最快的化学研究领域之一。究竟什么是计算化学呢?由于其目前在各种化学研究中广泛的应用, 我们并不容易给它一个很明确的定义。简单的来说, 计算化学是根据基本的物理化学理论通常指量子化学、统计热力学及经典力学及大量的数值运算方式研究分子、团簇的性质及化学反应的一门科学。最常见到的例子是以量子化学理论和计算、分子反应动力学理论和计算、分子力学及分子动力学理论和计算等等来解释实验中各种化学现象,帮助化学家以较具体的概念来了解、分析观察到的结果。对于未知或不易观测的化学系统, 计算化学还常扮演着预测的角色, 提供进一步研究的方向。除此之外, 计算化学也常被用来验证、测试、修正、或发展较高层次的化学理论。同时准确或有效率计算方法的开发创新也是计算化学领域中非常重要的一部分。简言之, 计算化学是一门应用计算机技术, 通过理论计算研究化学反应的机制和速率, 总结和预见化学物质结构和性能关系的规律的学科。如果说物理化学是化学和物理学相互交叉融合的产物, 那么计算化学则是化学、计算机科学、物理学、生命科学、材料科学以及药学等多学科交叉融合的产物, 而化学则是其中的核心学科。近二十年来, 计算机技术的飞速发展和理论方法的进步使理论与计算化学逐渐成为一门新兴的学科。今天、理论化学计算和实验研究的紧密结合大大改变了化学作为纯实验科学的传统印象, 有力地推动了化学各个分支学科的发展。而且, 理论与计算化学的发展也对相关的学科如纳米科学和分子生物学的发展起到了巨大的推动作用。 2计算化学的产生、发展、现状和未来 2.1计算化学的产生 计算化学是随着量子化学理论的产生而发展起来的, 有着悠久历史的一门新兴学科。自上个世纪年代量子力学理论建立以来, 许多科学家曾尝试以各种数值计算方法来深人了解原子与分子之各种化学性质。然而在数值计算机广泛使用之前, 此类的计算由于其复杂性而只能应用在简单的系统与高度简化的理论模型之中, 所以, 即使是在此后的数十年里, 计算化学仍是一门需具有高度量子力学与数值分析素养的人从事的研究, 而且由于其庞大的计算量, 绝大部分的
计算化学学习指南
计算化学学习指南 计算化学学习基本要求： 在学习了化学系列基础课程之后，通过本课程的学习，掌握化学中常用的数值计算方法，并能利用计算方法来解决化学中和部分工程实践中的实际问题，学习中坚持理论与实践相结合，才能更深刻的理解与运用理论，并在解决实际问题中，掌握理论和方法，培养学习能力、实践能力和创新能力。 计算化学学习的难点： 学生学习计算化学时由于受原有化学、数学、计算机基础的制约，感到课程涉及知识面广，入门较慢。尤其是对各种化学、化工知识的综合应用及编程需要有一个熟悉的过程。 计算化学的研究方法： 传统意义上的计算化学要完成的任务一般包括以下几个方面： 1．量子结构计算，分子从头计算（Schrodinger方程的精确解）、半经验计算（Schrodinger方程的估计解）和分子力学计算（根据分子参数计算），属于量子化学和结构化学范畴； 2．物理化学参数的计算，包括反应焓、偶极矩、振动频率、反应自由能、反应速率等的理论计算，一般属于统计热力学范畴； 3．化学过程模拟和化工过程计算等。 但是随着科学的发展，要界定计算化学的范围是很困难的，因为它是化学学科现代化过程中新的生长点，它与迅速崛起的高科技关系密切，深受当今计算机及其网络技术飞速发展的影响，正处在迅速发展和不断演变之中，研究的侧重点也因研究者及其所处的学术环境、原有基础和人员的知识背景而异。在今后的一段时期内，计算机辅助结构解析、分子设计和合成路线设计将是计算化学的主题。尽管实际上计算化学覆盖的面还要广得多，比较公认的研究领域至少有：1．化学数据挖掘(Data mining)；
2．化学结构与化学反应的计算机处理技术； 3．计算机辅助分子设计； 4．计算机辅助合成路线设计； 5．计算机辅助化学过程综合与开发； 6．化学中的人工智能方法等。 无论计算化学涉及的内容多么广泛，其核心依然是数值计算问题。 本课程主要学习利用用计算机解化学中的数值计算问题，一般包括以下几个步骤： 1．对所要解决的问题进行分析，将化学问题转变为数学模型，选择所需的计算方法； 问题分析是完成计算任务的基础，包括对问题所含物理化学意义的清楚认识。在进行数值计算时要量纲明确，保证计算步骤分解准确。采用的数学理论正确、计算方法合理有效。 2．写出解决问题的程序框图 根据分析结果给出程序框图是编写程序的基础和关键。写出清晰、流畅、准确的程序框图是任何计算机语言编写程序的必要步骤。程序框图的绘制要根据计算机运算的特点和编写代码程序的需要。 3．代码程序的编写 选择一种合适的计算机语言，运用该种语言将上述程序框图写成计算机程序（高级程序）。由于一种计算机语言往往有不同版本，适合于不同的编译平台，彩的程序代码要符合该编译平台的规范。 4．程序的调试和编译 一个计算机程序编写完成后，一般需要通过编译、调试和修改步骤，构成计算机可以识别的代码集，并找出问题，加以完善。编译和高度的方法依据不同的程序编译平台会略有不同。 5．试算分析，输出结果 调试得到执行程序后，用已知的算例去试算检查，分析结果正确无误码，才能用于未知的算例。
计算化学学习指南
《计算化学》课程学习指南 计算化学学习基本要求： 在学习了化学系列基础课程之后，通过本课程的学习，掌握化学中常用的数值计算方法，并能利用计算方法来解决化学中和部分工程实践中的实际问题，学习中坚持理论与实践相结合，才能更深刻的理解与运用理论，并在解决实际问题中，掌握理论和方法，培养学习能力、实践能力和创新能力。 计算化学学习的难点： 学生学习计算化学时由于受原有化学、数学、计算机基础的制约，感到课程涉及知识面广，入门较慢。尤其是对各种化学、化工知识的综合应用及编程需要有一个熟悉的过程。坚持一定会有收获！ 计算化学的研究方法： 传统意义上的计算化学要完成的任务一般包括以下几个方面： 1．量子结构计算，分子从头计算（Schrodinger方程的精确解）、半经验计算（Schrodinger方程的估计解）和分子力学计算（根据分子参数计算），属于量子化学和结构化学范畴； 2．物理化学参数的计算，包括反应焓、偶极矩、振动频率、反应自由能、反应速率等的理论计算，一般属于统计热力学范畴； 3．化学过程模拟和化工过程计算等。 但是随着科学的发展，要界定计算化学的范围是很困难的，因为它是化学学科现代化过程中新的生长点，它与迅速崛起的高科技关系密切，深受当今计算机及其网络技术飞速发展的影响，正处在迅速发展和不断演变之中，研究的侧重点也因研究者及其所处的学术环境、原有基础和人员的知识背景而异。在今后的一段时期内，计算机辅助结构解析、分子设计和合成路线设计将是计算化学的主题。尽管实际上计算化学覆盖的面还要广得多，比较公认的研究领域至少有：1．化学数据挖掘(Data mining)；
2．化学结构与化学反应的计算机处理技术； 3．计算机辅助分子设计； 4．计算机辅助合成路线设计； 5．计算机辅助化学过程综合与开发； 6．化学中的人工智能方法等。 无论计算化学涉及的内容多么广泛，其核心依然是数值计算问题。 本课程主要学习利用计算机解化学中的数值计算问题，一般包括以下几个步骤： 1．对所要解决的问题进行分析，将化学问题转变为数学模型，选择所需的计算方法； 问题分析是完成计算任务的基础，包括对问题所含物理化学意义的清楚认识。在进行数值计算时要量纲明确，保证计算步骤分解准确。采用的数学理论正确、计算方法合理有效。 2．写出解决问题的程序框图 根据分析结果给出程序框图是编写程序的基础和关键。写出清晰、流畅、准确的程序框图是任何计算机语言编写程序的必要步骤。程序框图的绘制要根据计算机运算的特点和编写代码程序的需要。 3．代码程序的编写 选择一种合适的计算机语言，运用该种语言将上述程序框图写成计算机程序（高级程序）。由于一种计算机语言往往有不同版本，适合于不同的编译平台，彩的程序代码要符合该编译平台的规范。 4．程序的调试和编译 一个计算机程序编写完成后，一般需要通过编译、调试和修改步骤，构成计算机可以识别的代码集，并找出问题，加以完善。编译和高度的方法依据不同的程序编译平台会略有不同。 5．试算分析，输出结果 调试得到执行程序后，用已知的算例去试算检查，分析结果正确无误码，才能用于未知的算例。
现代分子理论与计算化学导论作业
《现代分子理论与计算化学导论》 ——课程大作业班级：xxxxxxx 姓名：小签牛学号：xxxxxxxxxx 题目：在T*=1.5条件下，分别用分子模拟方法和微扰理论方法计算ρ*=0.02和0.85的体系的压力，并比较两种方法计算 的结果。 Ⅰ.当T*=1.5、ρ*=0.02时的情况 ①由Monte Carlo模拟获得体系的内能、径向分布函数和压力，流 体参数及模拟条件见contrifile文件； 此时的contrifile文件为： ---------------ENTER THE FOLLOWING IN LENNARD-JONES UNITS-------------------- 0.02 # Enter The Density 1.5 # Enter The Temperature 8.0 # Enter The Potential Cutoff Distance 108 # Enter The Intial Molecular Number ---------------ENTER THE SIMULATION STEP CONTROLLING PARAMETES--------------- 200000 # Enter Number Of Cycles 400 # Enter Number Of Steps Between Output Lines 400 # Enter Number Of Steps Between Data Saves 400 # Enter Interval For Update Of Max. Displ. .False. # Whether Read config. From Old Simulation Run config.dat # Enter The Configuration File Name ---------------ENTER THE RADIAL DISTRIBUTION FUNCTION PARAMETES-------------- .True. # Whether Calculate The Radial Distribution Function 0.01 # Enter The Radial Distribution Distance 100000 # Enter Number Of Cycles Of Start Calculating The Radial Distribution gr0.02.dat # Enter The Radial Distribution File Name （运行程序见附件1） 所得“result.dat”文件中的结果为： A VERAGES = 0.028542 分子动力学软件选择 There are widely used packages like AMBER, CHARMm and X-PLOR https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/amber/amber.html https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/ https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/ CHARMm and X-PLOR both use the same forcefield. Amber's is different. If you're Wintel-bound, you could try Hyperchem, which has a free downloadable demo: https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/products/hc5_features.html It has a nice structure build capability (the other packages have powerful languages, but can be intimidating to new users). OpenSource adherents can find a wealth of free packages at SAL, an excellent site: https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/Z/2/index.shtml My personal favourites are MMTK, EGO and VMD/NAMD. I compiled a list of free and commerical programs at https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/chemistry/soft_mod_en.html modeling in solution is possible e.g. with these programs (to the best of my knowledge): commercial: AMSOL, GROMOS, Titan free: GAMESOL, GROMACS, MOIL, OMNISOL, Tinker You find links to all of these programs at https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/chemistry/soft_mod_en.html PAPA (计算粒状物料的三维并行分子动力学计算程序) 【URL】http://www.ica1.uni-stuttgart.de/Research/Software_P3T/papa.html 【作者】 ICA 1 Group, Institute of Computer Applications (ICA) of the University of Stuttgart 【语言版本】 English 【收费情况】免费 《计算化学》教学大纲 一、课程基本信息 二、课程教育目标 本课程的教育目标在于在计算化学多学科交叉（化学、数学、计算机科学）内容的优化与整合上，突出课程内容的基础性与前沿性；充分利用现代信息技术，用现代化教学理念指导教学全过程，使学生全面 掌握应用计算机解决化学、化工相关问题的基本思路、基本原理、基本方法和基本技能，培养学生学习能力、实践能力与创新能力。 通过本课程的学习，使学生达到： ——掌握如下计算方法及其在化学中的应用： ?Newton-Raphson迭代法、二分法求解一元N次（N>2）方程； ?消去法、Gauss-Seidel迭代法解线性方程组； ?线性回归分析方法； ?Lagrange插值法和差商； ?Simpson法求数值积分； ?Euler法解常微分方程。 ——理解如下计算方法及其在化学中的应用： ?非线性回归分析，多项式回归分析； ?Gauss 法求数值积分； ?Runge-Kutta法解常微分方程。 ——了解如下计算方法及其在化学中的应用： ?样条函数插值法； ?Jacobi方法、QL方法求本征值； ?单纯形优化； ?化工调优； ?化学化工中常用的计算机软件与网络资源； ?分子动力学模拟；Monte Carlo模拟法。 三、理论教学内容与要求 1．前言（1学时）什么计算化学；计算机在化学中的应用；计算化学的过去、现在和将来；学习方法。 2．代数方程及代数方程组的求解在化学中的应用（5学时）二分法；Newton-Raphson迭代法；Gauss消去法；Gauss-Seidel迭代法。 3．插值法和回归分析——实验数据的拟合及模型参数的确定（5学时）线性插值；Lagrange插值；中心差商；一元线性回归分析；一元非线性回归；多元回归；多项式回归分析（自学）。 4．数值积分与常微分方程的数值解法（4学时）梯形法；Simpson法；离散点数据的求积；Gauss法（自学）；Euler法及其改进；Runge-Kutta法。 5．本征值和本征向量（1.5学时）Jacobi方法；QL方法（自学）。 6．化学化工中常用的软件及网络资源简介（1.5学时）结构式绘图软件；科学数据处理软件；化学化工重要网站；化工信息源。 7．化学化工中的最优化方法简介（1.5学时）单纯形法优化；化工调优。 8．化学化工过程计算机模拟简介（1.5学时）分子动力学模拟；Monte Carlo法；化工过程模拟；课程小结。 9．拓展课堂（1学时）上机实践主讲教师作计算化学相关的研究报告。 或外请专家作计算化学相关的专题报告。 10．学生讨论课（2学时）学生根据自查资料，写出课程报告并进行课堂讨论。 化学计算与技巧专题 考点1 守恒法 守恒法就是化学变化过程中存在的某些守恒关系，如： 1.化学反应前后质量守恒、元素守恒、得失电子守恒、能量守恒、电荷守恒。 2.化合物中元素正负化合价总数绝对值相等(化合价守恒)、电解质溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数守恒。 方法点击 化学计算中，“守恒”无处不在，运用守恒法可以提高解题的速率，又可以提高解题的准确性，所以只要看到化学计算，就想到守恒。例： 1.质量守恒法 例：0.1 mol 某烃与1 mol 过量氧气混合，充分燃烧后通过足量的Na 2O 2固体，固体增重15 g ，从Na 2O 2中逸出的全部气体在标准状况下为16.8 L 。求烃的化学式。 解析：设烃的化学式为C x H y ,摩尔质量为a g·mol -1,因为最后逸出的气体不仅包括反应剩余的O 2，也包括烃燃烧产物CO 2和水蒸气与Na 2O 2反应放出的O 2。 烃的质量+m(O 2)=Na 2O 2的增重+m(逸出气体) 0.1 mol×a g·mol -1+32 g·mol -1×1 mol=15 g+32 g·mol -1×16.8 L/22.4 L·mol -1 解得a=70，烃的式量为70， 1270=5余10，烃的化学式为C 5H 10。 2.原子(或离子)守恒 例：用含1.0 mol NaOH 的溶液吸收0.8 mol CO 2，所得溶液中的-23CO 和-3HCO 的物质的量之比为( ) A.1∶3 B.2∶1 C.2∶3 D.3∶2 解析：设生成Na 2CO 3、NaHCO 3物质的量为x 、y ，由反应前后C 原子和Na +守恒可知，可得方程组： [???=+=+mol y x mol y x 8.028.0 解得???==mol y mol x 6.02.0 即所得溶液中-23CO 和-3HCO 的物质的量之比为1∶3。 3.电子守恒 例：在一定条件下，PbO 2与Cr 3+反应，产物为-272O Cr 和Pb 2+，则与1.0 mol Cr 3+反应所需的PbO 2物质的 量为____________。 解析：考查氧化还原反应。解题的关键是抓住电子守恒进行计算：1.0 mol×(6－3)=x×(4－2)，得x=1.5 mol 。 4.电荷守恒 例如：在硫酸铝和硫酸钾、明矾的混合物中，若c(-24SO )=0.2 mol·L -1,当加入等体积的0.2 mol· L -1 KOH 溶液时，生成的沉淀又恰好溶解为止，则原溶液中K +的物质的量浓度(mol·L -1)是( ) A.0.2 B.0.25 C.0.3 D.0.45 解析：方法1：原混合液中含有的阳离子是K +、Al 3+，阴离子是-24SO ，加入KOH 溶液后发生的反应是Al 3++4OH -====-2AlO +2H 2O ，所以原溶液中c(Al 3+)=c(K +)= 41×0.2 mol·L -1=0.05 mol·L -1 方法2：根据电荷守恒有：3c(Al 3+)+c(K +)=2c(-24SO ) 推出：c(K +)=2c(-24SO )-3c(Al 3+)=0.25 mol·L -1 考点2 差量法 差量法是根据化学反应前后物质的某些物理量发生的变化，这个差量可以是质量、气体物质的体积、压强、物质的量、反应过程中热量的变化等。该差量的大小与参与反应的物质的量成正比。差量法就是借 3D分子图形显示工具 (RasMol and OpenRasMol)(免费) AMBER (分子力学力场模拟程序) autodock (分子对接软件)(免费) GROMACS (分子动力学软件)(免费) GULP (General Utility Lattice Program)(免费) NIH分子模拟中心的化学软件资源导航(Research Tools on the Web) X-PLOR (大分子X光晶体衍射、核磁共振NMR的3D结构解析)(免费) 高通量筛选软件PowerMV (统计分析、分子显示、相似性搜索 等)(免费) 化合物活性预测程序PASS(部分免费) 计算材料科学Mathub C4：Cabrillo学院化学可视化项目以及相关软件(免费) Databases and Tools for 3-D Protein Structure Comparison and Alignment(三维蛋白质结构对比)(免费) Democritus (分子动力学原理演示软件) DPD应用软件cerius2(免费) EMSL Computational Results DataBase (CRDB) MARVIN'S PROGRAM (表面与界面模拟)(免费) XLOGP(计算有机小分子的脂水分配系数)(免费) 量子化学软件中文网 美国斯克利普斯研究院：金属蛋白质结构和设计项目(免费) https://www.360docs.net/doc/6613175889.html,/(免费) 3D Molecular Designs (蛋白质及其他3D分子物理模型快速成型技术) 3D-Dock Suite Incorporating FTDock, RPScore and MultiDock (3D 分子对接)(免费) 计算化学在化学方面的应用 摘要：计算化学在最近十年中是发展最快的化学研究领域之一，通过对具体的分子系统进行理论分析和计算，能比较准确地回答有关稳定性、反应机理等基本化学问题。如今计算化学已被广泛用于材料、催化和生物化学等研究领域。本文主要就计算化学的背景、计算化学常用的方法及其在化学化工中的应用等几个方面作一简单介绍。 关键词计算化学材料催化应用 Abstract: Computational chemistry is one of the fastest growing areas of chemical research in the last decade.Through theoretical analysis and calculations to a specific molecular system, one can accurately answer the basic chemical problems, for example, the stability and the reaction mechanism, etc. Today, computational chemistry has been widely used in materials, catalysis and biochemistry research. In this paper, the background of computational chemistry, the commonly used methods in computational chemistry and its application in chemistry and chemical industry have been briefed respectively. Key words:Computational chemistry; Materials; Catalysis; Application 1、计算化学的背景介绍 计算化学（Computational Chemistry）在最近10年是发展最快的化学研究领域之一。它是根据基本的物理化学理论（通常是量子化学）以大量的数值运算方式来探讨化学系统的性质。最常见的例子是以量子化学计算来解释实验上的各种化学现象，帮助化学家以较具体的概念来了解、分析观察到的结果。除此之外，对于未知或不易观测的化学系统，计算化学还常扮演着预测的角色，提供进一步研究的方向。另外，计算化学也常被用来验证、测试、修正或发展较高层次的化学理论。同时，更为准确或高效的计算方法的开发创新也是计算化学领域中非常重要的一部分。 量子化学，作为量子力学的一个分支，是将量子力学的基本原理和方法，应用于研究化学问题的一门基础科学，其核心问题就是通过一系列近似，求解薛 HyperChem 程序及其应用 一、HyperChem 程序的运行环境 HyperChem 程序包，用C++写源程序，具有工作站、微机等不同的版本，作为教学示例，我们向大家介绍适用于微机运行的程序版本。 可以通过网络选购HyperChem程序包，也可以免费下载演示版本以供学习只用，现在该公司提供的最新版本为V6.0。 该公司的网址为：https://www.360docs.net/doc/6613175889.html, 该公司与98年诺贝尔奖金得主Pople的关系可以参看其网页有关介绍。 1、软件环境 Windows95、Windows98或Windows2000系统。 2、硬件环境 486以上的微机，内存应在8M以上，硬盘至少有32M以上自由空间。 为了能够以最佳方式显示分子图像，最好有VGA以上显示器。 3、程序安装 使用该程序应注意程序版权（注册）。 安装程序默认子目录为：C:\hyper6 安装完成后，该目录可以看到如下文件，其中，绿色烧杯为执行程序图标。 有关该程序的使用说明、参考手册等全套文档均可免费获得。 二、程序基本使用方法 我们以演示版本为例，说明该程序的基本使用方法。 1、启动程序 在屏幕上，双击绿色烧杯可以得到如下画面： 点击 Try进入工作区窗口 窗口各部分功能简介 标题名称：最大、最小化、退出按钮 菜单条： FILE、EDIT、BUILD、SELECT、DISPLAY、DATABASE、 SETUP 、COMPUTE、CANCEL、SCRIPT、HELP 工具条： 工作 区： 状态 行： 2、打开已存在的数据文件 File-Open Display- Labels可以选择原子、化学键等标记方式： Dispay-Rendering 计算化学复习题 第一章 1.请列举计算化学的基本任务 答：几何结构优化，电子结构分析，频率计算，蛋白质的计算，电子和电荷分布的计算，势能面搜索，化学反应速率常数的计算，热力学计算。 2.量子力学、量子化学、分子力学、分子动力学模拟的英文 答：Quantum Mechanics Quantum Chemistry Molecular Mechanics Molecular Dynamics Modelling 3.计算化学的基本方法有哪些 答：（1）ab initio methods从头算方法：是量子力学非参数化分子轨道处理方法。它建立在非相对论近似、Born-oppenheimer近似、轨道近似的基础上，采用原子轨道线性组合和Hartree-Fock自洽场方法，方法中的全部积分均做精确的计算，不使用任何计算方法的任何实验资料。包括HF,MP2(MPX),DFT。 (2)Semi-empirical techniques半经验方法：应用来自于实验或半经验的近似值作为数学计算 模型的初始参数。 (3)Molecular mechanics 分子力学方法：是应用经典物理去解释和说明原子和分子的行为 （4）QM和MM的混合方法—QM/MM：QM/MM方法是将系统分成两个区域，对需了解详细化学过程的区域用量子力学（QM）方法处理，其他区域用分子力学（MM）方法处理。 4.简要描述计算化学的基本过程 答：构建分子结构模型，选择计算方法，几何结构优化，性质计算，结果分析。 第二章和第三章 5.分子力场方法中，请写出分子体系的势能的一般表达方式。 答：E FF=E str+E bend+E tor+E vdw+E el+E cross 6.分子力学的基本思想 答：在分子内部，化学键都有“自然”的键长值和键角值。分子要调整它的几何形状（构像），以使其键长值键角值尽可能接近自然值，同时也使非键作用处于最小的状态吗，给出原子核位置的最佳排布。 7.分子力学的基本假设 答：(1)Born-oppenheimer近似：原子核的运动和电子的运动可以看成是独立的。 (2)体系中原子和分子的运动服从经典力学，即服从牛顿运动定律而不是薛定谔方程。8.力场是什么？ 答：势能函数以及它的有关参数、常数和表达式通常称为力场。由于分子内部的作用力比较复杂，作用类型也较多；对于不同类型的体系作用力的情况也有差别。力场的完备与否决定计算的正确程度。 9.了解分子力学的主要应用和局限性。 答：应用：分子力学宜用于对大分子进行构象分析、研究与空间效应密切相关的有机反应机理、反应活性、有机物的稳定性及生物活性分子的构象与活性的关系。 局限性：当研究对象与所用的分子力学力场参数化基于的分子集合相差甚远时不宜使用，当然也不能用于人们感兴趣但没有足够多的实验数据的新类型的分子。对于化合物的电子结构、光谱性质、反应能力等涉及电子运动的研究，不能用分子力学的计算方法。 10.了解分子动力学的方法原理。了解常用的系综及应用： HyperChem软件中Script的常用语句注解 HyperChem软件中Script的常用语句注解 1. 计算方法及参数设定 calculation-method item 计算方法设定 item: MolecularMechanics, SemiEmpirical, AbInitio, DFT molecular-mechanics-method item 分子力学方法设定 item: mm+, amber, bio+, opls, amber94, charmm22, tndo optim-max-cycles x 优化最大迭代次数x设定 optim-convergence goal 优化收敛目标goal设定 optim-converged返回是否收敛(true/false) optim-algorithm item 优化算法设定 item: PolakRibiere, NewtonRaphson, etc. assign-basisset item abinitio计算基组设定 item: 3-21G, STO-3G, etc. semi-empirical-method item 半经验计算方法设定 item: am1, pm3, extendedhuckel, cndo, indo, zindos, mndod, tndo, etc. accelerate-scf-convergence true/false 是否加速SCF收敛 scf-convergence goal SCF收敛目标goal设定 max-iterations n SCF计算的最大迭代次数n设定 2. 计算结果输出 omsgs-to-file filename 将信息输出到filename文件 append-omsgs-to-file filename 将信息追加到filename文件 omsgs-not-to-file 关闭输出文件 query-response-has-tag yes/no 提取的信息回显开关 query-value HSV 提取系统数据结构中的信息并单行输出 HSV: current-file-name, coordinates, dipole-moment, dipole-moment-components total-energy, heat-of-formation, scf-binding-energy, scf-core-energy, scf-electronic-energy start-logging HyperChem运行记录开启 stop-logging HyperChem运行记录关闭 export-property-file filename 将分子轨道信息写入filename文件 3. 分子结构及其文件操作 file-format item 定义分子结构文件格式 item: hin, mol, zmt, ent, skc, xyz, ml2 open-file filename 读入filename分子结构文件 write-file filename 将分子结构写入filename文件 menu-build-add-hydrogens 给分子加氢 menu-build-model-build 给分子加氢并规格化 do-optimization 进行优化操作 do-single-point 进行单点计算 do-molecular-dynamics进行分子动力学操作 换热器：ＨＴＲＩ和ＨＴＦＳ都是国际著名的换热器工艺计算软件，你需要了解其意思方可用于实际 1. ASPEN 2. PROII 3. CHEMCAD 4. HYSYS 5. ECSS 所列软件中，1,2,4是工程公司常用软件，3,5一般在国内高校用用，不适合工程设计，至于1,2,4哪个更好，其实还要看具体的工艺过程， 比如HYSYS，在油气工程领域就有着极高的精度和准确性，HYSYS仅仅是石化中使用较多，HYSYS买给Honeywell已经改名叫UniSim了 ASPEN是设计院使用更为合适一些，但价格昂贵，不过可以计算固体、燃烧等模块是HYSYS，PRO/II不能比拟的，比较全面，但界面比较凌乱。你要模拟个氮肥装置，恐怕还是aspen的好， 单体设备的校核型核算，PRO2又是个最简单最合适的选择，PR方程精度较高（其实也就是HYSYS主推的），PRO/II价格便宜,简单多了. 搞天然气开采的可能只能选HYSYS，但ASPEN并不是不好啊. 至于CHEMCAD、和青岛ECSS等软件，实际工程中均使用不大，ASPEN把HYSYS的公司也收购了。实际上最终就是ASPEN和PRO/II谁能当老大。难受的是，这些均为国外软件，青岛ECSS软件是中国国产的唯一一套，使用起来又无法同国外相比。惨！ 常用的工艺计算软件化工工艺设计涉及大量的计算，主要的有工艺流程的模拟，管道水力学计算，公用工程管网计算，换热器设计计算，容器尺寸计算，转动设备的计算和选型，安全阀泄放量和所需口径的计算，**泄放系统，控制阀Cv计算和选型，等等。这些计算过程通常都有专用的商业软件或者是工程公司自行开发的软件或者计算表格。大的设计公司通常也会指定公司用于以上设计过程的软件或经过确认的表格。下面就我的经验来看看常用的一些软件。 1. 工艺流程模拟： ASPEN Plus Pro II HYSYS 2. 管道水力学计算： 通常是工程公司自备的EXCEL表格，没必要使用专用软件。当然，也可以自己编制，一般来说使用CRANE手册提供的公式就足够了。 两相流的水力学计算相当复杂，自己编制费力不讨好，用公司内部经过验证的表格就可以了。 3. 公用工程管网计算 我用过Pipe 2000，肯塔基大学教授的出品，包括Gas 2000, Water2000, Steam 2000等一系列。Pipenet也是不错的选择。 有人用SimSCI的InPlant。没用过，有用过的朋友可以介绍一下。 4. 换热器设计计算 HTRI HTFS 这两个软件都可以。常见的介质用HTRI更好，因为它的物性数据是经过实验得到的。HTFS 使用了ASPEN或HYSYS的物性数据，很多都是计算得到的，所以精度可能稍差。 华南理工大学学报(自然科学版)第32卷第5期Journal of South China University of Technology Vol .32 No .5 2004年5月 (Natural Science Edition ) May 2004 文章编号:1000-565X (2004)05-0056-04 催化燃烧VOCs 的三种过渡金属催化剂的活性比较＊ 郭建光1 李 忠1 奚红霞1 何余生1 王伯光2 (1.华南理工大学化学工程研究所,广东广州510640;2.广州市环境检测中心站,广东广州510030) 摘 要:利用浸渍法将过渡金属硝酸盐溶液沉积在γ-Al 2O 3上,通过焙烧制得三种过渡金属氧化物催化剂CuO /γ-Al 2O 3、CdO /γ-Al 2O 3和NiO /γ-Al 2O 3.通过催化燃烧销毁乙醇、丙酮和甲苯的实验,对催化剂活性进行了评价.实验结果表明,在催化剂作用下,三种挥发性有机化合物VOCs 催化燃烧的起燃温度和完全燃烧温度都明显低于它们的燃点,其中 CuO /γ-Al 2O 3催化剂的催化活性优于CdO /γ-Al 2O 3和NiO /γ-Al 2O 3催化剂,它对丙酮、乙醇和甲苯的催化起燃温度分别是180,190和230℃,另外对于催化燃烧VOCs ,挥发性气体分子的极性越大就越容易被氧化. 关键词:过渡金属;催化剂;催化燃烧;挥发性有机物中图分类号:TQ 032.41 文献标识码:A 收稿日期:2003-10-20 ＊基金项目:国家自然科学基金资助项目(20176012);教育部博士点基金项目(20020561010);广东省科技攻关计划项目 作者简介:郭建光(1978-),男,博士生,主要从事环境与化学工程的研究.E -mail :jgguo @scut .edu .cn 挥发性有机化合物(VOCs )是一类主要的空气 污染物,给人类的生命和健康以及环境带来严重的危害[1,2].目前VOCs 的处理技术主要有吸附[3,4]、吸 收、冷凝[5]、膜分离[6]、光催化降解[7]、生物降解[8] 、等离子体技术[9,10]和催化燃烧技术等.催化燃烧技术最显著的优点就是能够在很低的浓度(小于1%)下进行操作,以及相对于热力燃烧而言具有更低的操作温度.这些优点和节能的特性使之成为目前最有应用前景的VOCs 销毁方法之一.在催化燃烧技术中,催化剂是关键,其性能的优劣对销毁效率和能耗有着决定性的影响.在催化燃烧中用得较多的催化剂是贵金属催化剂,如Pt ,Pd ,Au 和Rh 等是典型的贵金属催化剂[11～13].这类催化剂通常负载在载体上,其活性高,选择性好,但是价格昂贵,并且容易中毒.因此寻找价格低廉、催化活性较好的催化剂是催化燃烧技术得以广泛应用的关键.本研究利用浸渍法将Cu ,Cd ,Ni 三种过渡金属的硝酸盐溶液浸渍在γ-Al 2O 3颗粒上,经过焙烧制备得到三种金属氧化物催化剂,通过对乙醇、丙酮和甲苯这3种VOCs 气体 进行催化燃烧,来考察反应的起燃温度和完全燃烧温 度,从而比较三种催化剂的催化活性. 1 实验 1.1 实验材料和仪器 乙醇、丙酮和甲苯为分析纯;硝酸铜、硝酸镉和硝酸镍为化学纯,γ-Al 2O 3(美国Merck 公司).FA /JA 系列上皿电子天平(上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂);DF -101B 集热式恒温磁力搅拌器(浙江乐清市乐成电器厂);GC112型气相色谱仪(上海仪器分析总厂);ASAP2010M 快速比表面测定仪(美国Micr omet -rics 公司);流量控制器(北京七星华创电子股份有限公司);温度显示仪(福建百特工控公司). 1.2 实验方法 1.2.1 催化剂的制备 将40～60目的γ-Al 2O 3颗粒分别加入到浓度均为0.5mol /L 的Cu (NO 3)2、Cd (NO 3)2和Ni (NO 3)2溶液中,然后浸渍12h ,过滤、干燥,最后在500℃下焙烧5h ,就可以制得CuO /γ-Al 2O 3、CdO /γ-Al 2O 3和NiO /γ-Al 2O 3三种负载金属氧化物的催化剂. 1.2.2 催化剂的比表面积和孔结构分析 采用ASAP2010M 快速比表面积和孔径测定仪对所用催化剂进行比表面积和比孔容进行表征.实验条件:催化剂在300℃下脱气3h ,在-195.82℃条件下液氮吸附.吸附等温线采用B ET 二参数方程 高中化学计算题基本计算方法 当反应前后固体或液体的质量发生变化时或反应前后气体的压强、密度、物质的量、体积等发生变化时可用差量法计算。（1）体积差 [练习1] 常温下盛有20mL的NO2和NO组成的混合气体的大试管倒立在水中，充分反应后，剩余气体的体积为16mL气体，则原混合气体中，NO2和NO的体积分别是多少？ 若在上述大试管中缓缓通入O2，一段时间后，试管内残留2mL气体，则通入O2体积可能为多少mL？ 【解答】 （2）质量差 [练习2] 将10.000g氯化钠、溴化钾和氯化钙的混合物溶于水中，通入氯气充分反应，然后把溶液蒸干并灼烧（高温高压），灼烧后残留物的质量为9.813g。若将此残留物再溶于水并加入足量的碳酸钠溶液，所得的沉淀经干燥后质量为0.721g，求原混合物中各化合物的质量。 【解答】 【练习3】将一定量的Na投入246gt℃时的水中，得到t℃时312g饱和NaOH溶液，计算t℃时NaOH的溶解度。 【解答】 （3）其他差值 [练习4] 在一定条件下，NO跟NH3可以发生反应生成N2和H2O。现有NO和NH3的混合物1.2mol，充分反应后所得产物中，若经还原得到的N2比经氧化得到的N2多1.4g。（1）写出反应的化学方程式. （2）若以上反应进行完全，试计算原反应混合物中NO与NH3的物质的量各是多少？ 【解答】 2．守恒法 （1）质量守恒包含两项内容：①质量守恒定律，②反应前后某原子的质量不变。 [练习1] 密度为1.1g/cm3的盐酸溶液中，逐滴加入AgNO3溶液，直到沉淀完全为止。已知沉淀的质量和原盐酸的质量相等，求原盐酸的物质的量浓度。 【解答】本题的分析方法如下，即可将AgCl的式量看做原盐酸的质量。 计算化学及其应用 摘要：随着计算化学方法不断完善和计算机技术迅猛发展，计算化学在化学研究中占有越来越重要的地位。本文着重介绍了从头算方法，MΦller Plemet{MP)方法，密度泛函理论等计算方法的特点，并论述了计算化学的应用和前景，以及由计算化学带来的深远影响。 关键词：计算化学；量子化学，计算方法，应用 计算化学（computational chemistry）是理论化学的一个分支。计算化学的主要目标是利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质（例如总能量，偶极矩，四极矩，振动频率，反应活性等）并用以解释一些具体的化学问题。 理论化学泛指采用数学方法来表述化学问题，而计算化学作为理论化学的一个分支，常特指那些可以用电脑程序实现的数学方法。计算化学并不追求完美无缺或者分毫不差，因为只有很少的化学体系可以进行精确计算。不过，几乎所有种类的化学问题都可以并且已经采用近似的算法来表述。理论上讲，对任何分子都可以采用相当精确的理论方法进行计算。很多计算软件中也已经包括了这些精确的方法，但由于这些方法的计算量随电子数的增加成指数或更快的速度增长，所以他们只能应用于很小的分子。对更大的体系，往往需要采取其他一些更大程度近似的方法，以在计算量和结果的精确度之间寻求平衡。 计算化学的主要有从头算方法，MΦller Plemet{MP)方法，密度泛函理论等。 从头算方法(Ab initio methods)[1]，是指基于量子力学理论的，完全由理论推导而得，不使用基本物理常数和原子量以外的实验数据、以及经验或者半经验参数的求解薛定谔方程的方法。大多数情况下这些第一原理方法包括一定的近似，而这些近似常由基本数学推导产生，例如换用更简单的函数形式或采用近似的积分方法。大多数从头算方法都使用波恩-奥本海默近似，将电子运动和原子核运动分离以简化薛定谔方程。计算经常分两个步骤进行：(1)电子结构计算，(2)化学动力学计算。 MΦller Plemet{MP)方法[2]，是一种以Hartree-Fock波函数为微扰波函数的处理原子和分子体系的微扰理论方法，亦称对称性匹配的微扰方法。所谓对称性匹配是指在微扰展开中要考虑波函数的反对称化，也就是考虑了Pauli原理。由于考虑了电子相关作用，可以准确地计算分子聚集体中的弱相互作用能，因此，MP方法常被用于研究含氢键的复合体系和稀有气体元素小分子复合体系。对于一些生物分子复合物现在也已能够得到比较精确的稳定化能，尤其是一些小的超分子动力学软件选择
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