计算化学第一二章
化学高一第一第二章知识点
化学高一第一第二章知识点第一章：化学基本概念化学是一门研究物质及其相互转化的科学。
它研究了物质的组成、结构、性质和变化规律。
一、化学的定义和分类化学是一门研究物质及其相互转化的科学。
根据研究对象的不同，化学可以分为无机化学和有机化学。
无机化学主要研究非碳化合物和一些含碳化合物，而有机化学则研究碳氢化合物及其衍生物。
二、物质的组成和性质物质由原子或分子组成，具有质量和体积。
物质的性质可以分为物理性质和化学性质。
物质的物理性质包括颜色、密度、熔点、沸点等，而化学性质包括与其他物质发生反应的能力。
三、化学反应与化学方程式化学反应是物质之间的相互转化过程。
化学方程式用化学符号表示化学反应的物质的种类、数量和反应条件。
四、化学计量与化学计算化学计量是研究物质的质量变化和量关系的科学。
化学计算是根据化学方程式和物质的质量关系计算各种化学问题的方法。
第二章：原子与元素周期律原子是物质的基本粒子，具有质量和电荷。
元素是由具有相同核电荷数的原子组成的物质。
元素周期律是元素的一种分类方式，将元素按照化学性质的规律排列在一起。
一、原子结构和质量数原子由原子核和电子组成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电荷。
电子带负电荷，围绕原子核运动。
二、原子的相对质量和原子量原子的相对质量是相对于碳-12的质量，用原子质量单位（amu）表示。
原子量是一个元素的相对原子质量。
三、元素的周期表元素周期表将元素按照化学性质的规律排列在一起，主要分为周期和族。
周期指的是元素外层电子能级的数量，而族指的是元素拥有相同价电子数的元素群。
四、能级和电子排布电子在原子中存在不同能级，能级越靠近原子核，能量越低。
电子排布遵循一定的规则，如电子填充能级、填充轨道等。
五、元素的周期性元素周期表按照一定的规律排列，元素周期性表现在元素的化学性质随周期变化以及族内元素的性质相似等方面。
六、原子的离子化和化合价原子失去或获得电子形成带电离子后，会带有电荷。
高中化学-人教版高一必修1第二章第三节氧化还原(4氧化还原反应的配平和计算
氧化还原反应方程式 配平及计算
课时
回顾 化学方程式的配平
1Fe2O3
+3
高温
CO== 2 Fe+
3 CO2
方法：观察法
原理：质量守恒定律
缺点：只适用于简单的化学方程式，耗时！
化合价升降配平法
一、化合价升降配平法
只适用于氧化还原反应
（一）、氧化还原反应方程式配平的三大原则：
质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒（离子方程式）
练一练
题型一：氧化剂还原剂比例
在3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O反应中,氧化剂
还原剂比为( C)
A.8∶3 C.2∶3
B.3∶2 D.2∶1
例3、硫代硫酸钠可作为脱氯剂，已知25.0mL 0.100 mol·L-1 Na2பைடு நூலகம்2O3溶液恰好把224mL(标准状况下)Cl2完 全转化为Cl－离子，则该反应中转移的电子数是—0—.0—2N—A
A.+2 B.+3 C.+4 D.+5
4、在某温度下，将氯气通入NaOH溶液中，反应得到NaCl、 NaClO、NaClO3的混合溶液，经测定ClO-与ClO3-的浓度之 比为1:3，则氯气与NaOH溶液反应时被还原的氯元素与被氧 化的氯元素的物质的量之比为（ ）
A.21:5 B.11:3 C.3:1 D.4:1
0
+5
3 Cu + 8 HNO3
+2 +5
+2
3Cu(NO3)2 + 2NO + 4 H2O
化合价降低3 ×2
练习： KMnO4 + HCl —— MnCl2 + Cl2↑ + KCl + H2O
第一章第二节第一课时反应热的计算课件高二化学人教版(2019)选择性必修1
哲3名中国航天员乘坐神舟十四号
载人飞船飞赴中国空间站。17时
42分，神州十四号成功对接空间
站，载人飞船发射取得圆满成功。
【资料】火箭用偏二甲肼(C2H8N2，l)作燃料，N2O4(l)作氧化剂时，反应生
成CO2、N2和水蒸气。已知：
① C2H8N2 (l) + 4NO2(g) = 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O(g)
A
B
ΔH2 > 0
ΔH1
ΔH2
0
Part 2 盖斯定律的应用
意义：
在众多的化学反应中，有些反应难以直接测得反应热。
若某个反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程式相
加相减而得到，则该反应的反应热也可以由这几个反应的反
应热相加减而得到。
例题) = CO(g)
C(s) +O2 (g) = CO2(g)
CO(g) +
C(s) +O2 (g)
1
2
O2(g) = CO2(g)
ΔH1
ΔH
CO2(g)
ΔH2
CO(g) +
O2(g)
ΔH= ?
ΔH1= -393.5KJ/mol
ΔH2= -283.0KJ/mol
ΔH= ΔH1 - ΔH2
= -393.5KJ/mol - (-283.0KJ/mol)
= -110.5KJ/mol
H2(g) + O2(g) = H2O(l)
H2(g) + O2(g)
ΔH2
H2O(g)
ΔH1
ΔH3
H2O(l)
化学选择性必修1第二章
第二章化学反应速率与化学平衡第一节化学反应速率第1课时化学反应速率知|识|梳|理知识点一化学反应速率1.定义。
用来描述化学反应过程进行快慢的物理量。
2．表示方法。
(1)可用单位时间、单位体积中反应物或生成物的物质的量变化来表示。
(2)如果反应体系的体积是恒定的，通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。
3．表达式及其单位。
(1)表达式：v＝ΔcΔt。
(2)常用单位：mol·L－1·min－1[或mol/(L·min)]、mol·L－1·s－1[或mol/(L·s)]。
(3)对于一个化学反应：m A＋n B===p C＋q D，用不同的物质的物质的量浓度变化表示的该反应的反应速率存在的关系为v(A) m＝v(B)n＝v(C)p＝v(D)q。
【微思考】(1)同一化学反应，用不同物质表示其反应速率时，数值相同吗？提示：不一定相同，若化学计量数相同，则反应速率相同，否则，不相同。
(2)在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的反应中，可用哪些物质表示反应速率？提示：在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应中，可以用H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度变化来表示反应速率，但不能用固体或纯液体来表示反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。
知识点二化学反应速率的测定化学反应速率是可以通过实验测定的。
根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同反应时刻反应物(或生成物)的浓度。
利用任何一种与物质浓度有关的可观测量都可以进行测定，如气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。
微训练1．下列对“化学反应速率”的理解正确的是()A．化学反应速率表示的是化学反应进行的程度B．化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示C．化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物的浓度变化来表示D．化学反应速率可以是正值，也可以是负值解析化学反应速率表示化学反应进行的快慢，不表示反应进行的程度，A项错误；化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减少来表示，也可以用单位时间内生成物浓度的增加来表示，B项正确；反应速率不能用纯液体或纯固体来表示，C项错误；化学反应速率都是正值、无负值，D项错误。
计算化学-第一-二章
原子的化学位移上（NMR) • 可以解释很多环化合物的稳定性差别
D. 化学反应机理
化学反应机理的研究主要在于确定其单 步反应的过渡态, 即势能面上的鞍点。
反应物
பைடு நூலகம்
产物
与确定分子的最稳定构型不同, 要研究反应 机理, 必须找到势能面上的鞍点, 在此鞍点处, 振动频率有且只有一个频率是虚数.
View 这里面的选项都是于分子的显 示有关的，如显示氢原子，显示键， 显示元素符号，显示哑原子显示坐 标轴等
可从GVIEW 中直接向高斯提交计算。这是GVIEW 作为高斯软件配
Calculalte： 套功能的重要体现。从所给的对话框中可以选择工作类型Job Type
（如优化，能量或频率等）;计算方法Method（如半经验方法，HF 方法，DFT 方法，MP 方法等，还可以选定基组）;Title(对所要做的 计算给一个说明，以备以后的查看) Link 0（给检查点文件命名，还 可以在此用RWF 命令设置临时数据交换文件的大小）； General, Guess,（这两个选项主要是给出体系中各原子的连接关系及如何给出 初始猜测）；NBO（可在此设定NBO 计算）,PBC（可在此设定晶体 的有关计算）,Solvation（可在此设定溶液中的计算，除了选择溶剂 外，还要选择模拟溶剂的理论模型）
此时会出现右边的窗口
根据C-F键的长度在 0.675和 2.700之间的方框内进行C-F键 的调整。完毕后点击OK即可。
(6)．双击GVIEW界面上的 图标，出现以下窗口 这是GVIEW里内置的链烃库，选中乙烷
(7).在工作窗口内空处点左键
人教版高中化学选择性必修第1册 第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节 化学反应速率
5.在一密闭容器中充入1 mol I2和1 mol H2,压强为p,并在一定
温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g)
2HI(g)。
(1)保持容器容积不变,向其中充入1 mol H2,反应速率
。
(2)升高温度,反应速率
。
(3)扩大容器容积,反应速率
。
答案:(1)增大 (2)增大 (3)减小
v(B)=0.60 mol·L-1·min-1,然后根据反应速率与对应物质化学
计量数之比的大小进行判断。由化学方程式
A(g)+3B(g)══2C(g)+2D(g)得出:
①
③
()
()
=0.15
()
-1
-1
mol·L ·min ② =0.20
=0.20 mol·L-1·min-1④
()
H2O
c/(mol·L-1)
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
0.1
0.1
0.1
10
5
10
0.1
0.5
0.1
5
10
5
实验现象比较:实验1与2比较,温度相同条件下实验2中
c(H2SO4)大,先出现浑浊;实验1与3比较,溶液浓度相同条件下
③v(A)=v(C)=×0.40 mol·L-1·min-1=0.20 mol·L-1·min-1,
④v(A)=v(D)=×0.45 mol·L-1·min-1=0.225 mol·L-1·min-1,
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③=②>①。
解法二:首先将反应速率单位统一为mol·L-1·min-1,则②
第二章 化学基本量及计算
nB
mB MB
得
n(C)=m(C)/M(C)=0.25mol
则n（Fe）＝n（C）＝0.25mol
铁的摩尔质量是56g/mol，铁的质量为：
m（Fe）＝n M＝0.25mol×56 g/mol＝14g
答：14g铁和3g碳的原子个数相同。
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第一节 物质的量
（四）物质的量在化学方程式计算中的应
化学工业出版社
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*第二节 气体摩尔体积
为什么1mol的固体或液体物质的体积不相同，而1mo1气体物质在标准 状况下所占的体积几乎都相同呢? 我们知道，物质的体积主要由两个方面决定：一是微粒的大小，二是 微粒间的距离。对于固体和液体物质来说，由于微粒间排列紧密，微 粒间的距离很少，固态和液态物质的体积主要由微粒的大小决定，物 质不同，微粒的大小不同，所以，固态或液态物质的摩尔体积就不同。 对于气体物质，气体分子与分子之间排列非常疏松，分子间的距离很 大，而分子的体积很小，可以忽略分子的大小对体积的影响，气体的 体积主要取决于分子间的平均距离。在同温同压下，不同气体分子间 的平均距离基本相同，因而1mol的任何气体分子占据的体积就基本 相同，在标准状况下都约22.4L。
（二）原子、分子、离子的摩尔质量 1．原子的摩尔质量 任何原子的摩尔质量，就是以g/mol为单位，数 值上都等于该种原子的的相对原子质量。
例如：
H的相对原子质量是1，1molH的质量是1克，H的摩尔质量M
（H）＝1g/mol。 O的相对原子质量是16，1molO的质量是16克，O的摩尔 质量M（O）＝16g/mol。
的化学式，例如：MH ，M（H）；MCO2 ’M（CO2）.
第一章第二节反应热的计算课件高二化学人教版选择性必修一
2．合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能，在配合氢能的开发中起 着重要作用。贮氢合金ThNi，可催化由CO、H2合成CH4的反应。已知 温度为T时：CH4(g)＋2H2O(g)══CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋165 kJ·mol－1， CO(g)＋H2O(g)══CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·mol－1。温度为T时，试 写出CO、H2合成CH4的热化学方程式。
规律方法指导：
反应热的计算与大小比较 ①寻找ΔH之间的等量关系时，应特别注意盖斯定律的应 用，通过方程式的加减进行计算。 ②比较ΔH大小时，应特别注意物质的状态，理清物质三 态变化中能量的变化。
〔变式训练1〕已知：C2H5OH(l)══C2H5OH(g) ΔH1 6H2O＋6CO2(g)══C6H12O6(g)＋6O2(g) ΔH2 C6H12O6(g)══2C2H5OH(l)＋2CO2(g) ΔH3 C2H5OH(g)＋3O2(g)══3H2O(g)＋2CO2(g) ΔH4 下列说法正确的是
a．虚拟路径：
b．应用盖斯定律求解： ΔH1＝___Δ_H_＋__Δ__H_2 则 ： ΔH＝ _Δ_H_1_－__Δ_H_2_＝__－__3_9_3_._5_k_J_·m__o_l－__1－__(_－__2_8_3_.0__k_J_·m__o_l－_1_)_＝__－____ _______________1_1_0_.5__k_J·_m_o_l。－1
第二节 反应热的计算
学习目标 1．通过盖斯定律的学习，理解盖斯定律，并能利用盖斯定律解决简单问 题。 2．通过热化学方程式、中和热、燃烧热和盖斯定律的学习，能进行反应 焓变的简单计算。
核心素养 1．从宏观角度认识和掌握盖斯定律，培养宏观辨识和微观探析的能力。 2．认识化学变化的本质是既有新物质生成又伴有能量变化，并遵循盖斯 定律，培养变化观念与平衡思想。 3．通过分析、推理等方法总结反应热与始态、终态的相互关系，建立认 知模型，能运用模型解决有关反应热的计算。
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化学模型的应用
1. 模型的建立 2. 分子的稳定构形 3. 分子的各种谱图 4. 化学反应机理 5. 分子中的化学键
A.化学模型的可计算性
分子力学 半经验 HF(DFT) MP2 CCSD(T) CASPT2
第一章 计算模型
计算化学的方法主要有分子力学理论(Molecular Mechanics)和电子结构理论(Electronic Structure Theory)。
两者的共同点是： 1. 计算分子的能量，分子的性质可以根据能量按照一定的 方法得到。 2. 进行几何优化，在起始结构的附近寻找具有最低的能量 的结构。几何优化是根据能量的一阶导数进行的。 3. 计算分子内运动的频率。计算依据是能量的二阶导数。
分子的稳定构形
• 理论计算的第一步一般是先优化结构， 得到理论上本模型的最稳定结构！
• 确定分子的稳定结构就是找到分子的极 小能量点, 比较不同构形的能量差，确定 最稳定构形。结构决定性能！
极小点
最小点
计算稳定构形的热化学数据
• 体系总能量(电子能量+核排斥能) • 零点振动能(从振动频率计算出) • 从0K到298K的焓, 熵(按理想气体计算)
1.1 计算化学概述
分子力学理论
分子理论采用经典物理对分子进行处理，可以在MM3， HyperChem，Quanta，Sybyl，Alchemy 等软件中看 到。根据所采用的力场的不同，分子理论又分为很多种。 分子力学理论方法很便宜(做量化的经常用贵和便宜来描 述计算，实际上就是计算时间的长短，因为对于要花钱 上机的而言，时间就是金钱；对于自己有机器的，要想 算的快，也要多在机器上花钱)，可以计算多达几千个原 子的体系。其缺点是: 1. 每一系列参数都是针对特定原子得出的。没有对于原 子各个状态的统一参数。 2. 计算中忽略了电子，只考虑键和原子，自然就不能处 理有很强电子效应的体系，比如不能描述键的断裂。
C. 分子的各种谱图
在得到分子的稳定结构后, 可以从其波函 数得到相关的谱图, 并与实验进行对比 • 分子简正振动频率(红外和拉曼) (Freq) • 核磁共振屏蔽张量和磁化系数 (NMR) • 振动圆二色性(Freq=VCD) • 旋光性(Polar=OptRot)
用NICS度量环的芳香性
• NICS（Nuclear-Independent Chemical Shift ）与核无关的化学位移
基组 基组是分子轨道的数学表达，具体见第七章
开壳层，闭壳层
指电子的自旋状态，对于闭壳层，采用限制性计算方法，在 方法关键词前面加R；对于开壳层，采用非限制性计算方法， 在方法关键词前面加U。比如开壳层的HF 就是UHF。对于不 加的，程序默认为是闭壳层。 一般采用开壳层的可能性是 1. 存在奇数个电子，如自由基，一些离子 2. 激发态 3. 有多个单电子的体系 4. 描述键的分裂过程
电子结构理论
这一理论基于薛定鄂方程，采用量子化学方法对分子进行处理。 主要有两类： 1. 半经验方法
包括AM1，MINDO/3，PM3，常见的软件包有MOPAC， AMPAC，HyperChem，以及Gaussian。半经验方法采用了一 些实验得来的参数，来帮助对薛定鄂方程的求解。 2. 从头算
从头算，在解薛定鄂方程的过程中，只采用了几个物理 常数，包括光速，电子和核的质量，普朗克常数，在求解薛定 鄂方程的过程中采用一系列的数学近似，不同的近似也就导致 了不同的方法。最经典的是Hartree-Fock 方法，缩写为HF。 从头算能够在很广泛的领域提供比较精确的信息，当然计算量 要比前面讲的方法大的多，就是贵得多了。
能团补全: 用氢原子代替甲基等
4. 对削减太多的模型, 至少建立两个层级的模型
, 互相比较结果以确定能反映本质的最小模型
5. 利用最小模型进行详细研究, 解释实验结果和
现象: 结构稳定性, 最稳构型等
B. 分子的稳定构形
几何结构来自同一体系能量差值， 容易 比较， 因此几何结构的优化一般都比 较准确
Gaussian 认为所谓理论是，一个理论模型，必须适用 于任何种类和大小体系，它的应用限制只应该来自于计 算条件的限制。这里包括两点： 1. 一个理论模型应该对于任何给定的核和电子有唯一 的定义，就是说，对于解薛定鄂方程来讲，分子结构本 身就可以提供充分的信息。 2. 一个理论模型是没有偏见的，指不依靠于任何的化 学结构和化学过程。 这样的理论可以被认为是化学理论模型(theoreticalmodel chemistry)，简称化学模型(model chemistry)
• 芳香性是化学分子稳定的一个重要方面 • 芳香性来源于环上的大p键 • 芳香性可以用位于环中心处虚
原子的化学位移上（NMR) • 可以解释很多环化合物的稳定性差别
最大原子数 可计算量
1000-100万 粗略的几何结构
200-1000 50-200
几何结构(有机分子) 能量(含过渡金属)
25-50
能量(弱, 氢键)
8-12
精确能量(弱作用)
<10
ห้องสมุดไป่ตู้
磁性(多个多重度)
模型建立的步骤
1. 找出活性中心: 配位中心, 反应中心 2. 划定最感兴趣的区域: 主要配体及官能团 3. 根据化学知识进行剪切断键,用类似原子或官
密度泛函(Density Functional Methods)
密度泛函是最近几年兴起的第三类电子结构理论 方法。它采用泛函(以函数为变量的函数)对薛定 鄂方程进行求解，由于密度泛函包涵了电子相关， 它的计算结果要比HF 方法好，计算速度也快。
1.2 化学模型(Model Chemistries)
Gaussian 包含多种化学模型(计算方法)，比如
Gaussian 关键词 方法 HF Hartree-Fock 自恰场模型 B3LYP Becke型3 参数密度泛函模型，采用Lee-Yang-Parr 泛函 MP2 二级Moller-Plesset 微扰理论 MP4 四级Moller-Plesset 微扰理论 QCISD(T) 二次CI