计算化学软件在大学有机化学教学中的应用_孙林
计算机在化学化工中的运用
计算机在化工中的运用前言：随着科技的发展，计算机的运用越来越广泛，在化工领域中，计算机技术也有着重要的作用。
计算机在化工领域的使用，极大的降低了工作难度，提高了工作效率。
近年来化学学科的重要成就之一是计算机在化学中的应用。
计算机与化学的结合促进了化学的发展。
本论文将主要介绍其在化学化工上4方面的运用。
一、计算机在计算机化学中的应用计算机化学(Computer chemistry)是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。
以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造物质、创造新物质，认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。
它的兴起与发展是与计算机技术的发展和计算机的普及紧密联系的。
计算机对化学的作用，还体现在可以用计算机技术描述已有的化学理论知识、化学反应机理、物质结构、化学实验等将计算机的多媒体技术与化学知识相结合，用来展示原子、分子、晶体的空间结构，动态性地模拟各种化学键的形成原理、过程和特性，揭示化学反应的内部机理重现特殊化学实验的全过程。
化静为动，变抽象为具体，将在真实世界中难以感觉到的虚幻世界、微观世界真实地模拟出来，使人们对化学的了解和学习进人了一个可视化的世界。
二、计算机智能化技术在化学化工中的运用专家系统是数据库与人工智能结合的产物，它把“知识规则”作为程序，让机器模拟专家的分析、推理过程，达到用机器代替或部分代替专家的效果。
具体例子有：①酸碱平衡专家系统，内容包括知识库和检索系统，提出问题时，机器自动查出数据，找到程序，进行计算、绘图、选择判断等处理，并用专业内行的语言回答问题，例如，任意溶液（包括任意种组分的混合溶液）的pH值计算，任意溶液用酸、碱进行滴定时操作规程的设计等。
②定性分析专家系统，用帕斯卡语言编写了阳离子硫化氢系统和阴离子消去法系统，学生拿到未知试样，不用学习和查阅这种古老系统，只须按照机器提示的手续进行操作，所得现象再输入机器，如此逐步处理，就会得出“试样是什么化合物”的结论。
化学编辑器软件在高中有机化学实验辅助教学中的应用——以KingDraw为例
第1期2021年2月No.1February，2021有机化学是中学化学知识体系中的一个重要组成部分，涉及的相关物质种类繁多，结构较为复杂，在教学中涉及对分子空间结构的认识和探索，对学生逻辑思维能力和空间思维能力的要求较高[1]。
化学实验在有机化学的教学中占据了重要地位，不仅承担着使学生认识基础仪器、掌握基本操作的职能，还起到了培养学生基本思维方法和思想方法的作用。
但在现有的中学化学传统课堂教学模式中，受到场地、仪器、课时等现实条件的限制，有机化学的相关实验在课堂中的开设率并不高。
教师往往采用板演、课件展示或模型解说等方法进行辅助教学，效果难以令人满意[2]。
随着我国信息技术的不断发展，面向教育的课堂辅助软件正被大量开发与完善。
化学编辑器软件因其功能多样、使用简便等优势，已在高校教学与科研过程中得到广泛应用，目前正向基础教育领域渗透。
代表性产品之一KingDraw 是一款国产化学编辑器软件，具有分子结构绘制与图像输出、3D 可视化模型建构、化合物数据信息检索等功能以及跨平台、无费用、中文操作界面等优点，能够在中学有机化学教学中起到良好的辅助作用。
1 中学有机化学实验的特征中学化学实验关注化学反应的基础操作、基本原理和典型现象，主要分为训练性实验、原理（验证）性实验及探究性实验。
其中，训练性实验以使学生正确、快速、准确地掌握化学实验基本操作为主要目的；原理性实验聚焦中学化学学习过程中的基本化学事实和化学原理，以获得具有代表性的现象并加以验证为主要目的，同时在实验中对学生的基本实验操作技能予以练习和巩固；探究性实验是在前两类实验的基础上设置新的目标导向或问题导向，学生通过自主设计、自主实施、自主总结，得到新的结论或解决原有问题的过程，着重培养学生的科学探究能力。
中学有机化学学习过程中的训练性实验涉及有机化学相关仪器的使用技能训练，学生必须在实验室中实际操作、掌握要领，才能达成预设的教学目标。
原理性实验和探究性实验因实验装置较为复杂、操作过程较为烦琐，所需时间较长，使用相关软件进行实验与教学辅助可以有效简化实验过程、缩减操作耗时，聚焦实验教与学的关键原理、关键过程、关键现象和关键结论，实现课堂效率的提升。
Gaussian软件在环境化学教学中的应用
Gaussian软件在环境化学教学中的应用裴克梅【摘要】结合环境化学的学科特点和学生的实际情况，探讨Gaussian软件（包括Gaussian03和GaussView）在环境化学教学中的应用。
实践表明，引入计算化学软件使抽象的化学理论变得形象、简单，能够大大增强理论知识的生动性和实际应用能力，有利于培养学生的形象思维能力和提高教学效果。
【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2012(027)002【总页数】4页(P49-51,68)【关键词】Gaussian软件;环境化学;教学【作者】裴克梅【作者单位】浙江理工大学化学系,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】O641.121环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，主要研究化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的一门学科[1]。
当前，环境化学已经发展成为应用化学、环境科学及相关专业本科生和研究生的一门基础课程。
由于环境问题的重要性，该学科发展迅速，知识更新速度很快，导致环境化学课程的理论和实验教学目前没有统一的体系和大纲。
因此在强调基础知识的同时向学生介绍一些反映该学科基本理论或前沿的计算方法，有利于培养学生将理论知识用于处理实际问题的能力，进而取得良好的教学效果[2-4]。
Gaussian03是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究分子能量和结构、过渡态的能量和结构化学键以及反应能量、分子轨道、偶极矩和多极矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、NMR、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径等。
GaussView是Gaussian03的图形用户界面，可以直接设置和提交计算任务，并且能以图形界面显示计算结果，所以很受化学教育者的青睐。
实践表明：让Gaussian软件走进环境化学课程，可使教学内容从抽象到直观、从复杂变得简单，有助于增强学生学习的积极性，提高教学质量和教学效果，使学生更快、更好地从本质上掌握知识。
material studio软件在大学有机化学可视化教学中的应用
•化工教育•ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件在大学有机化学可视化教学中的应用陈迪明ꎬ王晓杰(郑州轻工业大学河南省表界面科学重点实验室ꎬ河南郑州㊀４５０００２)摘㊀要:为了提高学生对有机化学的认知能力与分析能力ꎬ活跃课堂气氛并使他们掌握有机化合物三维空间结构的想象能力及电荷分析方法ꎬ本文将ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件引入到大学有机化学的课堂教学中ꎬ将以往只能靠黑板与ＰＰＴ的二维教学模式拓展为三维立体的可视化教学ꎬ注重软件的实际操作与问题的具体分析ꎬ实践表明ꎬ利用Ｍａ￣ｔｅｒｉａｌｓｔｕｄｉｏ软件可以提高学生学习有机化学的兴趣ꎬ进而获得良好的课堂教学效果ꎮ关键词:ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件ꎻ辅助教学ꎻ三维结构中图分类号:Ｇ６４２.４㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１００３－３４６７(２０２０)０３－００５６－０３㊀㊀ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｔｕｄｉｏ是由美国Ａｃｃｅｌｒｙｓ公司开发的专业集三维视图建模㊁分子动力学模拟㊁量子化学计算㊁模拟与计算结果分析等功能为一身的软件ꎬ软件内嵌入了多种分子建模与理论模拟计算的工具[１－３]ꎮ该软件被广泛的应用于化学与材料科学方面ꎬ可以模拟分析有机化学反应中的焓变与活化能㊁药物分子的代谢动力学与氢键作用以及超分子化学中的主客体相互作用等ꎮ同时它还可以处理其他软件保存的图形及数据表格等ꎮ大学有机化学是高等院校化学㊁药学㊁能源动力㊁食品㊁材料等专业开设的第二门专业基础课程ꎬ其以无机化学中元素化学知识为基础ꎬ有机化合物的结构㊁电子分布与反应活性为研究内容ꎬ深入揭示了有机化合物的自身结构特点与反应活性之间的规律ꎬ是一门实践性与应用性较强的自然科学课程ꎮ全面系统地学习有机化学基本概念㊁基本理论与实践操作是学生进一步掌握其它相关课程的根本与基础ꎬ同时也有利于培养学生发现问题㊁分析问题与解决问题的能力ꎮ与此同时ꎬ有机化学也是化学㊁药学与食品等专业的考研必选课程之一ꎬ因此学好有机化学不仅仅有利于学生掌握本科期间的相关知识ꎬ也有利于学生顺利通过研究生考试入学考试ꎮ由于有机化学课程中化合物种类与反应类型繁多㊁化合物立体结构性强等特点ꎬ学生普遍反应有机化学是一门较难掌握的课程ꎬ主要体现在听不懂㊁记不住㊁想不出ꎮ仔细研究其原因在于学生之前接触的无机化学主要局限于平面的反应式与结构式ꎬ缺乏对有机化合物立体结构的想象与反应规律的探究ꎬ因而缺乏对有机化学深层次的理解与反应规律的探索ꎮ在有机化学随堂教学中引入ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件ꎬ通过分子建模㊁构象旋转㊁分子模拟㊁理论计算等手段帮助学生理解有机化学中涉及的化合物立体构型㊁分子轨道㊁电荷密度㊁和反应机理等方面问题ꎬ可以加深学生对问题的理解与认识ꎬ增强了与学生的互动ꎬ开启了学生自主探索学习的道路ꎬ提高他们三维分子结构的空间想象能力与分析有机物电荷分布的能力ꎬ从而提高学生学习有机化学的兴趣ꎬ进而获得良好的课堂教学效果ꎮ在此ꎬ本文结合有机化学教学大纲和实例ꎬ简单介绍ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件在大学有机化学可视化教学中的应用ꎮ１㊀有机化合物异构体模型的演示有机化学教学大纲要求学生能够准确区分和画出有机化合物的不同构型㊁构象和立体异构ꎬ例如丁烷的交叉式与重叠式ꎮ环己烷的椅式与船式ꎬ以及费歇尔投影式与纽曼投影式之间的转换ꎮ此外ꎬ许多学生对于一些含有孤对电子以及由空间张力引起的手性有机化合物的立体模型表示难以理解ꎮ这些知识点涉及到三维空间模型ꎬ传统的平面式教学方法不但让学生感觉听不懂㊁记不住ꎬ而且不能培养他㊀㊀收稿日期:２０１９－０９－１５㊀㊀基金项目:郑州轻工业大学第五批青年教师教改项目㊀㊀作者简介:陈迪明(１９８７－)ꎬ男ꎬ讲师ꎬ研究方向为功能金属－有机框架材料ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｃｄｍ７００＠ｓｉｎａ.ｃｏｍꎮ６５ 河南化工ＨＥＮＡＮＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年㊀第３７卷们在头脑中建立清晰的三维分子模型的能力ꎮ利用ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件内的ＭａｔｅｒｉａｌｓＶｉｓｕａｌｉｚｅｒ模块实现不同分子模型的构筑ꎬ直观表达化合物构象㊁构型及手性的变化ꎬ还可借助其携带的计算模块获得分子的空间最优化几何构型ꎮ因此借助ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕ￣ｄｉｏ软件ꎬ可轻易绘制和演示一些有机分子的立体异构体ꎬ如环己烷的椅式与船式㊁丁烷的重叠式与交叉式以及顺反十氢萘的三维分子结构ꎮａ.环己烷的椅式与船式㊀ｂ.丁烷的重叠式与交叉式㊀ｃ.反式十氢萘与顺式十氢萘图１㊀三维分子结构图㊀㊀手性的学习在有机化学中是非常重要的一个知识点ꎮ在医药化学上ꎬ我们把一对对映异构体中具有较高的药理亲和力或活性的异构体称为Ｅｕｔｏｍｅｒꎬ而具有较低的药理亲和力或活性的异构体被称为Ｄｉｓｔｏｍｅｒꎮ然而ꎬ如果立体异构体中ꎬ有的生理效应正好有害生命ꎬ这会造成重大的悲剧ꎮ对于手性药物的介绍ꎬ最经典的范例当属反应停事件ꎮ我们可以利用ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件中的ＭｏｖｅＴｏ功能ꎬ将一对反应停药物的外消旋体重叠在一起ꎬ让学生充分的了解到两个化合物结构上的不同之处(图２)ꎮ图２㊀手性化合物重叠后的结构２㊀电荷分布的计算与反应位点预测有机化学反应的本质为旧的化学键的断裂与新的化学键的生成ꎬ按照其反应类型可以分为涉及到正负电荷的极性反应㊁协同反应与自由基反应三大类型ꎮ其中极性反应占据了有机化学反应的绝大多数反应类型ꎬ例如我们在有机化学中较早接触到的亲核亲电取代与亲核亲电加成反应等ꎮ这些反应的本质是负电荷试剂与缺电荷试剂的重组以及电荷的重新流动分配ꎮ因此ꎬ了解有机化合物中的电荷分布对于理解其反应活性与预测其反应可能发生的位点具有至关重要的作用ꎮＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件中包含了多种电荷计算的方法ꎬ例如Ｑｅｑ方法㊁Ｍｕｌｌｉｋｅｎ电荷以及ＥＳＰ电荷等计算方法ꎮＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件通过建模㊁优化分子结构㊁选择合适的模块与算法ꎬ计算分析后可以直观的展现有机化合物的电荷分布ꎬ从而帮助学生快速确定化学反应的活性位置以及反应机理走向ꎬ促进学生理解一些教学重点和难点ꎮ例如在芳香烃的亲电取代定位规则的教学中ꎬ我们从书本上了解到甲氧基是邻对位定位基ꎬ那么对于具有甲氧基取代的苯环上面的电荷分布书本上并没给予具体的数值ꎮ我们在教学的过程中利用ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件中的ＤＭＯＬ３模块ꎬ计算任务选择几何优化ꎬ同时在布居分析中勾选ＥＳＰ电荷ꎮ计算结果如图３ａ所示ꎬ苯甲醚上的邻对位碳原子的电荷分别为－０.３８８ｅ与－０.２４９ｅꎬ而其邻位上的碳原子的电荷仅仅为－０.００５ｅꎮ当发生苯环上的亲电加成时ꎬ亲电试剂优先与负电荷大的碳原子发生作用ꎬ７５ 第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈迪明等:ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件在大学有机化学可视化教学中的应用因此优先与苯环上的邻对位上的碳原子发生作用ꎮ当苯环上的取代基为硝基时ꎬ计算得到的邻间对位碳原子的电荷分别为－０.０７㊁－０.１２６㊁－０.０９６ｅ(图３ｂ)ꎮ因此可以推测硝基苯在发生苯环上的亲电加成时主要发生在苯环的间位碳上ꎮａ.苯甲基㊀ｂ.硝基苯图３㊀电荷计算示意图对于含有取代基的Ｄ－Ａ反应ꎬ我们同样可以利用电荷计算的方法来推测其可能的环加成反应区域选择性ꎮ例如图４两个含有取代基的二烯体与亲二烯体ꎬ我们通过ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件中的ＤＭＯＬ３模块计算得到其双烯体上的两个端基碳的电荷分别为０.１８９ｅ与－０.２８９ｅꎬ而亲双烯体两端碳原子的电荷分别为－０.３６３ｅ与－０.２３５ｅꎮ按照有机化学反应中的电荷流动规律ꎬ亲双烯体上的缺电子的碳应该与双烯体上的富电子碳原子成键ꎬ进而得到邻位取代基的产物ꎬ这与课本上给出的反应规律是相互一致的ꎮ图４㊀Ｄ－Ａ反应示意图３㊀有机化学中周环反应的旋转方向解释在周环反应中ꎬ我们学习到当π电子数为４ｎ时加热为顺旋ꎬ光照为对旋ꎮ当π电子数为４ｎ＋２时加热为对旋ꎬ光照为顺旋ꎮ为了使学生对该知识点实现充分的理解ꎬ我们利用ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ软件计算了两个具有不同π电子数烯烃的ＨＯＭＯ与ＬＵ￣ＭＯꎬ计算结果如图５所示ꎮ根据伍德沃德－霍夫曼规则ꎬ只有波函数相同的两个轨道相互重叠才能成键ꎮ在图５中ꎬ具有相同波函数的轨道以相同颜色表示ꎬ当在加热的条件下时ꎬ发生反应的电子位于丁烯最高占据轨道上(ＨＯＭＯ)ꎬ其两端碳的波函数是处于相反的位置ꎬ因此需要发生顺旋才能让具有相同波数的轨道发生重叠ꎮ当反应条件为光照时ꎬ最高占据轨道上的电子跃迁到最低空轨道上(ＬＵ￣ＭＯ)ꎬ而ＬＵＭＯ上两端的碳原子具有相同的波函数ꎬ因此需要发生对旋即可让具有相同波数的轨道发生重叠ꎮ同理ꎬ计算显示己烯的ＨＯＭＯ两端碳原子的波函数具有相同的相位ꎬ而ＬＵＭＯ两端碳原子的波函数具有相反的相位ꎬ因此在加热的条件下为对旋ꎬ光照条件下为顺旋ꎮ图５㊀丁烯与己烯的分子轨道示意图４㊀结论将可视化软件ＭａｔｅｒｉａｌＳｔｕｄｉｏ引入到有机化学的课堂教学中ꎬ将平面化的分子结构转变为三维的结构模型ꎬ提高了学生的空间想象能力与分析能力ꎬ同时也丰富了教学手段与教学形式ꎮ一方面ꎬ通过灵活的软件操作展示有机化合物的立体结构模型ꎬ动态㊁直观地展示化合物的三维空间结构与电荷分布ꎬ克服以往只能依靠平面画图与空间想象学习有机化学这一缺点ꎬ极大地提升了学生学习有机化学的热情ꎻ另一方面ꎬ通过教学大纲和计算实例的结合应用ꎬ使学生对有机反应的本质规律有了更加深刻的了解ꎬ同时也鼓励学生利用所学到的知识去分析以后遇到的问题ꎬ提高学生的有机化实践能力和分析问题的水平ꎬ从而达到提升教学质量的目的ꎮ参考文献:[１]㊀赵顺平ꎬ汪婕ꎬ郭玉ꎬ等.ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｔｕｄｉｏ在有机化学教学中的应用[Ｊ].安庆师范大学学报(自然科学版)ꎬ２０１７ꎬ２３(３):１０５－１０８.[２]㊀韩生华ꎬ晋春ꎬ张海荣ꎬ等.用Ｍａｔｅｒｉａｌｓｔｕｄｉｏ软件辅助精确实现有机化学中瓦尔登翻转的动画展示[Ｊ].云南化工ꎬ２０１８ꎬ４５(３):２４８－２５０.[３]㊀李映图ꎬ乔智威ꎬ李理波ꎬ等.ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｔｕｄｉｏ软件在分子模拟课程教学中的应用[Ｊ].广州化工ꎬ２０１６ꎬ４４(２１):１６０－１６１ꎬ１８３.８５ 河南化工ＨＥＮＡＮＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年㊀第３７卷。
计算机在化学化工中的应用课程报告
4、组成分析：用酒精酒度计进行分析计算，其分析计算步骤为： 取样冷却 →测出一定温度下的酒度 V→查表折算出 20℃的酒度 →计算 x （1）用 100ml 的量筒分别取约 80ml 样品液，冷却到小于 35℃； （2）测出其温度和酒度 V（指的是体积百分含量） ； （3）查书后酒度折算附表，查出对应 20℃时的酒度 V20； （4）计算出摩尔含量 x
计算机在化学化工中的应用课程报告
计算机在化学化工中的应用课程报告
姓名：*** 班级：**** 一、前言 本学期所开设的计算机在化学化工中的应用课程主要介绍与化学化工相关 的软件的基本应用。课程具体内容包括实验数据的处理、专业相关的图形图像处 理、常用的数值计算方法及其在化学化工中的基本应用、数学应用软件 Matlab 入门及其编程基础以及部分相关应用软件的使用。 本课程报告现以所该科程讲软件的为依托进行实际应用，主要内容为分别在 实验室和化工过程中如何进行乙醇—水系统的分离提纯的连续性操作探讨以及 相关的实验内容的编写（包括有机实验中乙醇- 水溶液的分馏的改进实验研究和 化工原理实验中酒精—水系统作普通精馏验证性实验操作） 。 二、有机实验中乙醇-水溶液分馏装置的改进实验研究 1.研究目的 每年在实验室中学习有机实验的同学很多，废溶剂的回收量巨大。针对这一 现象，可以利用实验室中现有的简单玻璃仪器，通过合理组装，设计一套连续分 馏装置回收溶剂，此装置不仅有效的克服了普通分馏的缺点，而且使废物得到重 新利用，值得推广和深思。 2.仪器改进 普通的分馏装置处理可得到 95％的乙醇，但是一次进料较多，从室温到沸腾 的时间较长，回流后的残液必须经过长时间降温后，才能把烧瓶拆下倒出，浪费 人力看管且周期较长。而利用普通的磨口玻璃仪器对分馏装置进行合理改装，可 制成了一个能连续进料、间歇出料、不需要频繁拆卸且起动时间短的连续分馏装 置。 下文图 1、图 2 分别为改进前后的分馏实验装置图，从两图的对比可以看出： 本实验改进之一是用三口烧瓶替代了单口圆底烧瓶，中间的孔仍然安装分馏柱， 其中一个侧口接入一细的导管，导管在三口烧瓶内管口贴近底部，另一出口接人 下水并与大气相通。剩余一个三口瓶的孔没有用途，用普通的空心塞封上；改进 之二是用克式蒸馏头替代了普通蒸馏头，正上方一孔接入一根带有活塞的导管， 导管另一端插入较高位置的储面瓶中，温度计安放在带有支管一侧。
计算机在化学中的应用——利用MATLAB求解化学计算题
晋中学院本科毕业论文（设计）题目计算机在化学中的应用-利用MATLAB求解化学计算题院系化学化工学院专业化学姓名学号0909111113学习年限2009年9月至2013年7月指导教师申请学位学士学位2013年5 月15日计算机在化学中的应用——利用MATLAB求解化学计算题摘要：MATLAB是由美国Math works公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计计算环境。
它能有效地解决数值线性代数、数值逼近、最优化等科学和工程问题。
编制程序方便，求解化学计算题高效快速。
本文分别以结构、分析、化工三方面的典型例题，来说明MATLAB在化学中的应用。
关键词：MATLAB；化学计算题；计算应用；结构；分析；化工Applications of MATLAB in Chemistry—Use MATLAB SolvingChemical Calculation ProblemsAuthor’s Name：Lijiajia Tutor: DongtaoABSTRACT：MATLAB, released by the America Mathwoks Company, is the computing environment mainly in the face of scientific computing, visualization and interactive programming. It can efficiently solve problems in science and engineering such as numerical linear algebra, digital approximation, and optimization. It also has characters of convenient programming and efficiently and quickly solving chemical calculation problems. This paper will explain MATLAB in the application of chemistry by referencing typical examples about structural chemistry, analytical chemistry and chemical industry.KEYWORDS：MATLAB；Chemical calculation problems；Computing applications；Structural chemistry；Analytical chemistry ；Chemical industry目录1 MATLAB简介 (1)1.1MATLAB的简要发展 (1)1.2 MATLAB的功能介绍 (1)2 MATLAB在化学中的应用 (2)2.1 MATLAB在结构化学计算中的应用—休克尔分子轨道的计算 (2)2.2 MATLAB在分析化学中的应用—计算溶液的pH (3)2.2.1 一元强酸（碱）中H+的计算 (3)2.2.2 一元弱酸（碱）溶液pH的计算 (4)2.3 MATLAB在化工计算中的应用—解非线性方程（组） (6)2.3.1 解非线性方程 (6)2.3.2 解非线性方程组 (7)3结语 (8)注释 (9)参考文献 (10)致谢 (11)1 MALAB简介1.1MATLAB的发展历史MATLAB是Math works公司推出的适用于科学和工程计算的数学软件系统，MATLAB即Matrix（矩阵）和Laboratory（实验室）的简称，雏形是Cleve Moler教授为学生编写的用于Linspack和Eispack的接口程序。
计算机在化学工程中的应用
计算机在化学工程中的应用摘要：进入21世纪，随着科学技术的飞速发展，电子计算机应用已经渗透到各学科的每一个领域之中，各学科的进一步发展对计算机的依赖程度越来越高，化学工程学科也不例外。
目前，计算机已经深入应用到化工模拟、计算化学和化工制图等化学工程学科的各个层面之中，对化学工程的发展起着巨大的促进推动作用。
化学工作者应该抓住机遇，在新时期努力学习计算机知识、熟练掌握计算机工具，将其应用到化工设计、化学计算中去，使化工学科能够更快更高地发展。
关键词：计算机；化学；化工；应用1引言自从电子计算机问世以来，人类生产活动的各个域都受到了计算机的广泛渗透，许多生产领域由计算机的介入，生产效率、科研成果取得了前所未有、令人瞩目的成绩。
化学化工领域也同样受到了它的惠顾，尤其近几十年来，计算机在化学化工领域中的应用更是有了突飞猛进的发展。
随着计算机技术和信息技术的发展日新月异，化学工程的研究中又增加了计算与计算机模拟的方法，它已经逐渐成为化学工程中最富有生命力的研究方法。
2计算机在化学工程中的应用2.1化工模拟2.1.1流程模拟化工过程流程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，将一个有许多个单元过程组成的化工流程用数学模拟描述，用计算机模拟实际生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，其中包括最受关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。
流程模拟就是在计算机上“再现”实际生产过程，由于这一“再现”过程比不涉及到实际装置的任何管线、设备及以能源的变动，因此给化工模拟人员最大的自由度，可以在计算机上任意进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。
流程模拟式计算机技术在化工方面的最重要应用之一。
应用流程模拟系统不仅可以节省时间，也可节省大量资金和操作费用，提高产品质量和产量，降低消耗。
计算化学辅助大学有机化学教学的探讨
５ ６一
唐
敏
计算化学辅助大学有机化学教学的探讨
２ ０ １ ３ ． Ｖ ｏ １ ． ２ ７ ， Ｎ ｏ ． １ ２
反 应机理 普遍 较为 抽象 ， 对 于刚接触 到有 机反 应 的学
生而 言显 得难 以掌 握 。若 能 够 以 动 画 的形 式来 直 观 化整个 反 应 过 程 ， 显然 有 助 于学 生 对 反 应 机 理 的理
的尝试 。
关键词
计算化学
有机化学
直观化
大学 有机 化学 是 化学 及 药 学类 等专 业 的重 要 基
础课， 有 机化 学 内容多 ， 信息量 大 ， 特别 是 在涉及 到 化
使用 Ｈ ａ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ — Ｆ ｏ ｃ ｋ 方法通过 Ｇ Ａ Ｍ Ｅ Ｓ Ｓ — Ｕ Ｓ 。 程序完
为大 学有机 化学 的教 学 提 供一 些 新 的尝 试 。具 体 内
容 如下 ： 首 先展示 了化 学键 的形 成 过程 ； 然 后 以正 丁
烷 为例 阐明 了有 机化 学 中的构象 概念 ； 接着 以双 分子
亲核取代以及氢 ｏ ｒ 迁移反应 为例， 动态演示 了整个
反 应 的反应 历程并 解 释 了过 渡 态 、 活化 能等 概 念 ； 最
机化 学 中较 为 抽象 的 内容以 图形 、 动 画等形 式 以直 观 化， 通 过直 观化 教学 加 强 学生 对 知 识 的理 解 和 掌 握 ，
当碳原子 间距 离靠近为 ２ 时， 两个 碳原子的 杂化 轨道能够部分 重叠 形成 弱 的 键 ； 当碳原 子 间距离 靠
近到 尺 时 ， 两个 杂化 轨道 可最 大重 叠形 成稳定 的
孕
（ ａ Ｊｊ Ｋ Ｉ ｂ ） ２ Ｒ 【 ｃ ｝
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TECHNOLOGY WIND
［摘要］随着我国新课程改革体制的不断推广，我国教育界在教学方面已经发生了极大的转变，这为我国教育事业的发展奠定了坚实的基础。
加之近年来计算机技术的发展，在教育中的应用，我国教育事业日益提升。
在大学有机化学教学当中，为了能够更加有效的反应其机理，巩固其稳定性，计算机化学得到了快速的发展。
本文主要针对计算化学软件在大学有机化学教学中的应用展开相应的研究，其目的在于通过在大学有机化学教学中，应用计算机化学软件来提升化学教学效率，最终实现提升大学整体教学效果的目的。
［关键词］大学；计算化学软件；有机化学教学
计算化学软件在大学有机化学教学中的应用
孙林
王素玲
（宣化科技职业学院，河北张家口０７５１００）
众所周知，当前计算机技术的发展给我国很多领域发展带来了一定的机遇。
为此，在化学研究领域计算机软件也被广泛的应用。
应用计算机软件可将化学符号以及化学结构等表达的淋漓尽致，不仅能够吸引学生在课堂上的注意力，还能够让学生更容易理解与应用化学知识点。
为此，当前计算机软件不仅被广泛的应用在科研界，还被当成重要的教学工具被教育界广泛使用。
计算机软件在化学教学中的使用，改变了传统的化学教学方式，而是以幻灯片以及挂图等形式进行教学，不仅弥补了传统教学的缺点，还能够丰富学生的想象力，提升化学课堂教学效率。
1计算机化学软件在分析立体模型显示方面的分析
纵观以往的有机化学教学而言，在分子立体结构降解方面，很多教师仅仅依靠分子结构进行展示，但是这种展示方式一般缺少形象直观因素作支撑，为此对于学生而言学生依旧很难懂得分析立体结构知识，导致学生无法想象出分子结构，无法深入理解，更加无法达到学以致用的目的［１］。
可在化学教学中，有机化合物分子结构是化学整体教学的重点，它的立体几何构成与化学分子反应机理与物理、化学性质等之间存在着极大的关联。
伴随计算机技术的发展，已经有很多软件能够对分子结构展开模拟演示，教师也能够利用这些软件进行教学，从而使得学生能够更加清楚的认识到化学分子结构模式，使学生能够真正理解分子结构，应用这部分知识。
例如ＣｈｅｍＯｆｆｉｃｅ等相关化学辅助教学软件，都能够利用３Ｄ技术完成分子立体结构模拟演示操作，并且对化学分子中各种模型结构都能够完成模拟，例如球棍模型等，都能够提升学生对分子结构的理解，也能够提升学生的想象力等。
例如在对乙烷分子构象教学过程中，教师可以应用Ｇａｕｓｓｉａｎ０３软件进行教学，通过对该软件的操作来完成分子构成，将其和分子能量展开关联。
具体做法为：首先需要建立乙烷分子模型，之后优化分子模型［２］。
其次，为了能够有效的完成３６０度旋转Ｃ－Ｃ，就需要改变Ｈ４－Ｃ３－Ｃ２－Ｈ１二面角，将Ｓｃａｎ输入其中，扫描所有旋转过程中的势能曲线。
最后，对Ｃ－Ｃ旋转曲线先开分析，同时研究分子势能构象变化规律，最终和势能曲线最低点对应的构象便为稳定构象，也可以被称之为交叉型构象。
2计算化学软件对分子光学模拟的分析
在有机化合物分子光谱学习中，对其特征的学习能够使得学生更加灵活的应用相应的化学知识来分析物质世界。
在现代社会发展中，科学家们要真正的完成对分子光谱的分析与了解工作，一般需要现代仪器对有机物的分子结构展开分析，但是这些仪器却不能在实际教学课堂上应用。
但是Ｇａｕｓｓｉａｎ０３软件却与之不同，该软件能够被应用在实际混血教学课堂当中，在课堂上完成对分子光谱的模拟和预测操作。
例如在对有机分子红外光谱与振动模式学习的过程中便可利用这款软件，引导学生分析与观察模型演示，从而使得学生更加直观的学习其知识，并且
理解与运用化学知识。
另外在化学教学课堂上利用软件ＣｈｅｍＯｆｆｉｃｅ也可以对有机化物的质荷比与核磁共振谱图实施预测与模拟工作。
例如，可以对苯内酮模拟测试等。
除此之外，计算机软件也可以对化学反应机理展开演示。
在相应有机化学教学过程中，化合物的有机反应是教学的一个重点［３］，同时也是教学难点，由于机理反应后所带来的影响一般较为复杂，并且具有较多的种类，过于抽象，因此学生在学习这部分知识的过程中感觉到很吃力，对知识点也是很难理解，无法深入的把我与研究。
可实际上掌握这部分的知识，能够帮助学生对日后学习合成工艺与合理选择等有着极大的帮助，具有提升学生科研能力的作用。
为此，我们可以认为有机反应教学能够对学生的学习带来较大的意义，能够推动学生的发展。
实践表明，Ｇａｕｓｓｉａｎ０３软件在这部分知识教学中能够有效的解决其中的问题，不仅可以让学生理解其中的知识，还能够让学生较为轻松的掌握与了解这一理论。
例如，在学习双分子亲核反应的过程中，具体操作可为：
第一，需要建立起相应的模型，如ＣＨ３ＣＬ＋ＢＲ－等等，并且对所建模型进行优化；第二，利用相应程序将相关反应形态表现出来，并且对其包含的关键词展开深入的计算与设计；第三，通过相应的计算，将分子结构与能量在化学反应过程中将其变化规律展现出来，并且通过软件对该反应的演示，学生更容易观察亲核试剂以及离去基团等之间的演变过程［４］，从而使得学生更轻松的理解该部分的知识，在仔细观察之下，学生对反应过程中呈现的状态有所了解，这有利于学生在实际应用该部分知识的时候灵活思考与使用，最终实现大学有机化学教学效率提升的目的。
3总结
本文主要针对计算化学软件在大学有机化学教学中的实际应用进行分析，通过对计算机化学软件在分析立体模型显示方面的分析以及计算化学软件对分子光学模拟的分析等，明确在大学有机化学教学中，计算机软件占据着极为重要的位置。
它的应用不仅有利于协助教师的化学教学任务的完成，还有利于学生理解其化学知识，通过计算机软件模拟演示的观察，对化学分子知识进行深入理解，从而提升化学课堂教学效率，更加提升学生的知识运用能力等。
[参考文献］
［１］郑燕，孙文新．计算机化学软件在大学有机化学教学中的应用研究［Ｊ］．石家庄学院学报，２０１４．
［２］莫倩，郑燕升．计算化学软件在高等有机化学研究性教学中的应用［Ｊ］．广东化工，２０１３．
［３］付婧婧，黄丹，廖奕等．计算化学软件在高中化学教学中的应用［Ｊ］．中国校外教育（下旬刊），２０１４．
［４］裴克梅．Ｇａｕｓｓｉａｎ软件在环境化学教学中的应用［Ｊ］．大学化学，２０１２．
应用科技
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