量子力学在化学中的应用篇1

化学高考考试说明明确指出：化学科考试旨在测试考生对中学化学基础知识、基本技能的掌握情况和所应具有的观察能力、实验能力、思维能力和自学能力。也就是说，我们应及时调整教学策略，在教学中注意培养学生的能力，尤其是创新思维能力。考生学习了学科的许多概念、原理，如能在上述能力上得到提高，则必能更好地理解、掌握这些知识，为进一步深造奠定基础，或者能把知识运用于实际中解决一些具体问题。

一般来说，以能力立意的试题大致具有以下特点：（1）试题不是单纯从化学物质、化学用语、化学方程式出发，就化学卷谈化学，而是带有明显的能力要求，往往有情景作依托，题干中会给出若干信息。考生应通过这些信息反复进行处理、加工，得出最后的结论；（2）试题设计常常以某个中心问题或某个事件为题材以流程、框图、数据表格、曲线图形等形式提供信息，要求考生回答有关问题。如以课题形式模拟科学家的科研过程，以学生兴趣小组做的某次课外实验，以合成一个产品为题材，要求考生回答某些反应条件、实验操作、生成物分离及提纯等问题，或验证化学原理中某个结论、书写化学方程式、计算某个物理常数和总结出某些规律等；（3）试题不拘泥于传统的、规范的方式。如计算题可以不给足数据，不要求具体计算过程，可以用字母按指令列式子表达；实验可不给出具体装置，让你设计一个简单方案。在形式上比较活泼，语句、指令比较明确，给考生以“新面孔”；（4）有些试题带有跨学科的知识联系，要求考生有比较广阔的知识面和知识的迁移能力，要善于运用化学知识、数学方法、物理概念来解决综合性问题。

一化学计算逻辑思维的培养

运用化学知识和数学手段，培养化学计算思维，形成严谨的思维过程，是解决化学计算题的关键，教师的授课不应该让学生停留在烦琐的数学计算或单纯数学工具的应用上。

例题：硝酸与金属反应，其还原产物随金属的活泼性和硝酸浓度不同可分别为N2O、NO、NO2和NH4NO3等。已知6.5g某金属与过量稀硝酸反应（并无气体放出），反应后所得溶液加入过量热碱溶液可放出一种气体，其体积为560ml（标准状况下）。溶于硝酸的金属是______，推理过程是______。

解析：设n为金属M的化合价

8M+10nHNO3=8M（NO3）n+nNH4NO3+3nH2O，

NH4NO3+NaOH=NaNO3+NH3+H2O

根据以上反应，可以建立关系：8M—nNH4NO3—nNH3

设M的相对原子质量为Ar（M），n（NH3）=0.56L/22.4L/mol=0.025mol

8M—nNH4NO3—nNH3

8Ar（M）g

nmol

6.5g

0.025mol

Ar（M）＝32.5n讨论：

（1）当n＝1时，Ar（M）＝32.5，一价金属无此相对原子质量。

（2）当n＝2时，Ar（M）＝65，二价金属锌符合。

（3）当n＝3时，Ar（M）＝97.5，三价金属无此相对原子质量。

二构建元素化合物知识网络

构建元素化合物知识网络，把学生头脑中零散的碎片重新整合起来，形成新的知识体系，有助于学生把知识系统化，理顺知识的脉络。

三构建有机化学知识框架

有机合成往往要经过多步反应才能完成，因此确定有机合成的途径和路线时就要进行合理的选择。选择的基本要求是原料价廉、原理正确、路线简捷、便于操作、条件适宜、易于分离、产率高、成本低。

四化学平衡的综合应用

化学的思维能力可以分为普通思维能力和辨证思维能力。普通思维能力包括了形成化学概念的能力、化学判断能力、化学推理能力；辩证思维能力又叫理性思维能力，这种能力要求能对化学概念的矛盾、联系、转化、运动和发展的过程有深刻的理解。化学平衡的教学在高中教材中属于知识概念抽象、跨度较大的章节，从基本概念的理解、影响因素、计算、图像、推理、综合应用都有一系列的具体要求。因此，化学平衡承担着考查学生的思维能力的任务，而在多个考点中，思维能力的考查，尤其是辩证思维能力的考查，成为学生备考过程中的热点和难点。

五培养审题的能力

化学本身就是一门活而实，在社会、生产、生活等各方面的应用面广、量大的学科，现代的科技成果不断涌现，为高考命题提供了取之不尽的素材。现代高考已不再是单纯的中学学科知识考察了。在日常教学中，渗透科技、社会、生活的教育、教学内容，使学生学会使他终生受益的学习信息，并把有关的学习内容应用于解决有关问题中。在高考中，引导和体现有关的教学指导思想，这是一个可以肯定的考试方向。培养学生在短时间内审题，阅读题干信息，并在头脑中有正确的反映，运用已经学过的知识解决新问题，这是突破学生考试心理障碍的重要的一步。我们的做法是，在复习过程中，既要进行基础知识复习，也要注意审题、阅读能力训练。在平时的练习、测验中增加一个版块——社会与生活，每节2至3题。

情景题的特点是在题干中为考生提供某些应用背景信息材料，或为解答试题中设问而提供铺垫知识、流程图、关键点等。它要求考生具备以下几方面的能力：（1）阅读、理解能力：面对新的情景，考生必须能通过阅读、审题，迅速接受新的信息，正确理解信息的含义；（2）联想、分析能力：根据新的信息，迅速从自己已有的知识系统中检索出与之有关的内容，并进行分析、比较，寻找解决问题的突破口；（3）迁移、应用能力：在分析、比较的基础上，将检索出来有用的内容迁移到新情景中，在不断处理、加工信息过程中最后找到解决问题的方法或答案。

那么，情景题涉及到哪方面的内容呢？

从题型看：有选择题、填空题、简答题、计算题等。

从内容看：涉及环境保护（工业废气、废水的排放和治理、汽车尾气转换、酸雨、冰箱制冷剂破坏臭氧层、自来水消毒和净化等）；能源利用（煤、石油、航天飞机用的固体燃料、太阳能利用等）；材料（医用高分子材料、涂料、黏合剂、塑料的生产、金属、合金、磁性粉料、矿样的组成分析等）；工业生产（氯碱工业、联合制碱法、接触法制硫酸、工业制浓硝酸、制硝酸银、高炉炼铁、海水、卤水和海藻中碘等）；生活与健康（人体血液pH、血红蛋白的组成及破坏、甲状腺肿大的病因、加碘食盐、同位素治癌、牙膏及牙齿蛀蚀与保护、抽烟的危害、卫生球、维生素A的结构与性质、假金元宝的识别、酒后驾驶、内燃机抗冻剂、生活用消毒剂、吸附剂、灭火剂、培养液配制等）；模拟研究课题（铜的相对原子质量的测定、人体呼出气体中CO2含量的计算、模拟呼吸面具中生成氧气体积的测定、电解CuCl2溶液验证阿伏伽德罗常数值等）。

量子力学在化学中的应用篇2

那么，这两条主线是什么呢？一是力，即是受力分析；二是能，即是能量的转化与守恒定律的应用。下面笔者结合一些例子进行说明，希望起到抛砖引玉的作用。

一、力与能在力学中的应用

力学是高中物理的重点，是基础，受力分析则是基础中的基础。能量的转化与守恒定律在力学习题中有广泛的应用。

例1：（2005年・江苏高考）某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆，由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r慢慢变到r，用E、E分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则()。

A.r＜r，E＜EB.r＞r，E＜E

C.r＜r，E＞ED.r＞r，E＞E

分析：从力和能两方面着手，做匀速圆周运动的卫星，满足G=m。由于阻力作用，假定半径不变，其动能减小，则G＞m。由上式可知，人造卫星必做向心运动，其轨迹半径减小。由于人造卫星到地心距离慢慢变化，其运动仍可看作匀速圆周运动，由v=可知，其运动的动能必慢慢增大。故答案为B。

二、力与能在电学中的应用

“电学搭台，力学唱戏”，即是说很多电学中的题目本质上是受力分析和能量关系的应用。

例2:（2002年・上海高考）如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q，在M点无初速释放一带有恒定电量的小物块，小物块在Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中()。

A.小物块所受电场力逐渐减小

B.小物块具有的电势能逐渐减小

C.M点的电势一定高于N点的电势

D.小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功

分析：紧扣力与能两个问题进行分析，离点电荷Q越远，电场越弱，则A正确；电场力做正功，电势能减小，故B正确；点电荷Q可能为正，可能为负，故C错误；由动能定理可得D正确。答案为ABD。

例3：如图所示，在倾角θ=37°的绝缘面所在空间存在着竖直向上的匀强电场，场强E=4.0×10N/C，在斜面底端有一与斜面垂直的绝缘弹性挡板。质量m=0.20kg的带电滑块从斜面顶端由静止开始滑下，滑到斜面底端与挡板相碰后以碰前的速率返回。已知斜面的高度h=0.24m，滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.30，滑块带电荷q=-5.0×10C。取重力加速度g=10m/s，sin37°=0.60，cos37°=0.80。求：

（1）滑块从斜面最高点滑到斜面底端时的速度大小。

（2）滑块被挡板弹回能够沿斜面上升的最大高度。

（3）滑块从开始运动到停下来的整个过程中产生的热量Q。

（计算结果保留2位有效数字）

分析：注意受力分析和动能定理的应用。

解析：（1）滑块沿斜面滑下的过程中，受到的滑动摩擦力f=μ(mg+qE)cos37°，

设到达斜面底端时的速度为v，根据动能定理，有(mg+qE)h-f=mv，解得v=2.4m/s。

（2）滑块第一次与挡板碰撞后沿斜面返回上升的高度最大，设此高度为h，根据动能定理，有-(mg+qE)h-f=-mv，代入数据解得h=0.10m。

（3）滑块最终将静止在斜面底端，因此重力势能和电势能和减少等于克服摩擦力做的功，即等于产生的热量Q=(mg+qE)h=0.96J。

三、力与能在热学中的应用

热学中，受力分析、能的转化与守恒定律应用的例子也很多。

例4：（2006年・广东高考）关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（）。

A.第二类永动机违反能量守恒定律

B.如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加

C.外界对物体做功，则物体的内能一定增加

D.做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的

提示：从能的角度分析。第二类永动机并不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，因此不可能制成，A选项错误。做功和热传递是改变物体的内能的两种方式，做功是内能和其他形式的能之间的转化，热传递是内能之间的转移，D选项正确。根据热力学第一定律ΔU=W+Q，物体从外界吸热，可以同时对外界做功，其内能不一定增加；同理，外界对物体做功，可以同时向外界放热，其内能也不一定增加，B、C两选项均错误。

例5：下列说法中正确的是（）。

A.常温常压下，质量相等、温度相同的氧气和氢气比较，氢气的内能比氧气的内能大

B.0℃的冰融化为的0℃水时，分子平均动能一定增大

C.随着分子间距离的增大，分子引力和分子斥力的合力（即分子力）一定减小

D.用打气筒不断给自行车轮胎加气时，因为空气被压缩，空气分子间的斥力增大，所以越来越费力

提示：常温常压下，氢气和氧气都可视为理想气体，其内能即是分子总动能，由于相同质量的氢气所含分子个数较多，故其内能较大，A选项正确。0℃的冰化成0℃的水，其分子平均动能应不变；分子力随分子间距离的变化是非单调的；给自行车打气费力，是因为气体对活塞产生压强所致。B、C、D三选项错误。

四、力与能在光学中的应用

光学中，主要是能的转化与守恒定律的应用。

例6：如图所示，一束复色光射到玻璃三棱镜AB面上，从三棱镜的AC面折出的光线分成a、b两束，如图所示，下列结论正确的是（）。

A.a光的光子能量比b光的光子能量大

B.光a、b射到同一金属表面时，若光a能发生光电效应，那么光b也一定能发生光电效应

C.光从棱镜出时，a光的临界角大于b光的临界角

D.在此玻璃三棱镜中a光的光速比b光的光速小

分析：由图可知，a光比b光偏折程度大，则折射率大，频率大，能量大。答案为AD。

五、力与能在原子物理学中的应用

原子物理学中，核力的分析、跃迁或电离时能量的转移和转化的分析占有很大的比例。

例7：（2004年・北京理综）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4eV，氦原子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）。

A.40.8eVB.43.2eV

C.51.0eVD.54.4eV

提示：光子能量小于或等于54.5eV时，要能被基态氦离子吸收，光子的能量E就应满足E=E-E，n=2时，E=40.8eV；n=3时，E=48.4eV；n=4时，E=51.0eV；n∞时，E=54.4eV。故选B。

例8：氢原子的能级示意图如图所示，一个动能为12.89eV自由电子的与处于基态的氢原子发生正碰，假定不计碰撞过程中氢原子的动能变化，则碰撞后该电子剩余的动能可能为（）。

A.0.15eVB.0.54eV

C.0.81eVD.2.80eV

提示：由氢原子的能级图可知，从基态（n=1）跃迁到n=2、3、4、5各激发态所需的能量依次为E－E=10.19eV，E－E=12.08eV，E－E=12.74eV，E－E=13.05eV。因此，动能为12.89eV的电子与基态氢原子发生正碰，可能的跃迁只有前三种，由能量守恒定律可知，碰撞中电子剩余的动能依次为2.70eV，0.81eV，0.15eV。故A、C两选项正确。

量子力学在化学中的应用篇3

[关键词]中等职业学校;电子商务;就业教育;教学

一、广西电子商务的发展环境

电子商务在全球范围的兴起和迅猛发展,快速改变了全球原有的经济格局以及传统的经济运行模式。电子商务在催生新经济和推动经济全球化中所表现出的巨大能量,以及使其成为评价一国经济发展水平和可持续发展能力的重要指标。

广西属于西部落后地区,选择怎样的一种适合自己区情的电子商务发展道路,乃是众多人关注的焦点。首先,这方面的人才在我国资源稀缺,特别是随着网络经济和电子商务的飞速发展更突显了这一矛盾。广西由于自然、社会和经济等诸多劣势因素,对人才缺乏足够的吸引力,这就必然导致人才的匮乏和流失。其次,企业管理水平落后,商务观念和信息意识依然薄弱。广西许多企业的管理尚处于主管随意的经济管理阶段,而管理程序化、科学化是实现电子商务的基本要求。

(二)转变教学观念

1.就业教育与人生规划教育相结合

如果我们把就业教育看成是帮助学生实现“短期目标”,那么人生规划教育就是意在帮助学生树立“长远目标”。开展就业教育有利于通过让学生明确就业取向,认识社会用人要求,从而激励学生要有计划、有步骤的学习知识、培养专业技能,为实现就业打下良好基础。

2.就业教育和日常教育相结合

就业教育不仅仅是就业部门的工作和任务,各个科任老师也应该主动参与到就业教育当中来。教学的主要目的不仅仅是要让学生学习到书本知识,更重要的是要让学生能够在今后找工作的时候,增强自身的竞争实力,能在工作当中更好地运用所的知识服务于社会,提升自己。

3.就业教育与专业教育相结合

教师面对社会经济形势的发展,城市经济产业结构调整,职业教育的改革变化,要加强在教学理念、教育心理等等的教学思想准备,使学生形成熟练的职业技能和适应职业变化的能力。

(1)强化中职电子商业专业基本技能训练是突出中职学生电子商务核心能力的必然要求;

(2)适应中职电子商务专业学生特点,也应强化基本技能训练;

(3)要提高中职电子商务专业学生就业适应能力,也应强化基本技能训练。

四、以就业为导向,实现教学改革

(一)体现中职特点,实现教学改革

1.制度创新。树立服务意识,探索适应经济结构调整和学生发展需要的教学制度。

2.专业开发。主动适应社会需求,从实现学校职业教育培养目标出发,优化具有岗位性和灵活性的专业设置。

3.课程改革。课程改革要适应社会人才的培养需求,增强课程的实用性和应用性、适应性和实践性。

4.探索文化基础教育的能力培养。文化基础课以“必需”和“够用”为度,文化基础教育中更加注重学生对知识的应用能力、学习能力和实验能力的培养.

(二)突出专业特点,强调技能培训

要树立正确的教学质量观,首先,我们要明确学校的培养目标,就是在九年义务教育的基础上培养高素质劳动者。其次,我们要明确教学的定位,要根据社会经济的变化,瞄准行业企业的就业岗位需求,坚持以能力为本位,改革学校教学的课程、改革教材及改革教学实施过程,实现教学与职业资格证书挂勾,走产教结合、校企合作的路子。再次,要树立正确的教育质量评价标准,不能把考试成绩作为衡量学生教育质量的唯一标准,而是把用人单位满意不满意、学生满意不满意、学生家庭满意不满意作为衡量学校职业教育质量的最终标准。

1.加强实践教学。在教学中努力实现学生到企业实习,有利于学生技能发展和实现就业。同时,在课堂教学中探索与试行:

(1)课堂实训与专业教学相适应。

(2)教学内容与职业资格标准相适应。

2.完善教学质量评价体系。可以用综合作业、学科课堂教学实训、调查报告、实习报告、模拟招聘等方法,改进考试考核方法,重视考察学生应用所学知识解决实际问题的能力,建立有利于培养学生全面素质和综合职业能力的教学质量评价体系。

[参考文献]

1./article/xuezizhichuang/wangluogaoshou/200

904/9166.html.

2./html/edu/zhichang/2009/0425/26180_2

.html.

3.http://club.edu.sina.com.cn/thread-996953-1-1.html.

4.魏安莉.中职电子商务的学生就业状况的调查与分析.

5.王利锋.商场现代化.电子商务就业路在何方.2005,(9).

6.龙怡.人才开发.电子商务专业人才培养与就业.2004,(12).

量子力学在化学中的应用篇4

关键词：量子力学教学方法改革创新思维

量子力学是研究微观粒子运动规律的科学，自诞生以来它就成功地说明了原子及分子的结构、固体的性质、辐射的吸收与发射、超导等物理现象。作为物理学专业的专业理论课，量子力学在物理学专业中具有极其重要的地位。现代物理学的各个分支，如高能物理、固体物理、核物理、天体物理和激光物理等都是以量子力学为基础，并且已经渗透到化学和生物学等其他学科。同时量子理论还具有巨大的实用价值，半导体器件和材料、激光技术、原子能技术和超导材料等都是以量子力学原理为基础的。

通过对量子力学的学习，学生可以掌握现代科学技术最重要的基础理论，还可以提高科学素质和思想素质，但是量子力学中的概念和解决问题的方法与经典物理有着本质的不同。学生普遍反映量子力学抽象、枯燥、难理解、抓不住重点，学习起来非常困难。针对以上问题，我对教学进行了思考和探讨，采用了一些切实可行的措施，提高了学生的学习兴趣，使学生更好地掌握了量子力学知识，同时培养了学生的创新思维。

一、教学过程中存在的问题

在量子力学的教学过程中，我发现以下几个问题。

1.量子力学是一门十分抽象的课程，其中许多概念、原理都不好理解，并且量子力学从概念到解决问题的方法跟经典物理有着根本性的区别，但是很多学生习惯性地用经典的思想去理解量子力学，这样就不自觉地增加了难度。比如“波粒二象性”，经典物理认为波动性和粒子性是互不相关的、相互独立的，而量子力学认为波动性和粒子性是微观粒子同时具备的两种属性。

2.学习量子力学，数学知识是必不可少的。量子力学中有着繁杂的数学知识，例如，数学分析中的微积分，代数学中的矩阵论，数学物理方程的微分方程，复变函数，等等。在教学过程中发现，不少学生对已学过的数学知识掌握得不是很牢固，在推导公式的过程中忘记了公式所描述的物理内涵，影响了对量子力学知识的理解。

3.由于量子力学的课时紧张，教学过程中采用了传统的教学模式，由教师到学生的“单向传授”的教学形式。学生失去了主体地位，只能被动地接受知识，学习的兴趣和积极性不高，导致教学效率降低。

二、量子力学的教学方法改革

1.采用多种教学手段相结合的教学模式。由于量子力学的内容抽象难懂，又是建立在一系列基本假定的基础之上，不少学生很难接受，甚至认为这门课程没有用处。在量子力学的教学过程中，由单一的教师讲授过渡到板书、录像、课件、演示实验等各种手段相结合的教学模式，将图、文、声、像等信息有机地组合在一起，形象、直观、生动，容易激发学生的学习兴趣。同时，通过网络技术，学生可以享受到本校的教学资源，还可以突破空间的限制，享受到全国高水平的教学资源，从而丰富学生的资料库，也为各学校的师生讨论交流提供一个很好的平台。

随着科学技术的迅速发展，知识更新非常快。在教学中，教师应及时将与量子力学相关的科技前沿和高新技术引入教学中，介绍与量子力学密切相关的课题，阐明科学技术中所蕴含的量子力学原理。如我们在讲解一维无限深势阱时，将其与半导体量子阱和超晶格这一科学前沿相联系；在讲解隧道效应时，将其与扫描隧道显微镜相联系，进而介绍扫描探针操纵单个原子的实验。同时在教学中，我们理论联系实际，多介绍量子力学知识与材料科学、生命科学、环境科学等其他学科之间的密切联系，重点介绍在材料科学中的广泛应用，包括新材料设计、开发新材料、材料成分和结构分析技术等。通过这种方式，学生对这一部分的知识有了直观的认识，从而不再感到量子力学的学习枯燥无味，同时也提高了接受新知识、学习新知识的意识和能力。

2.结合数学知识，把物理情境的建立作为教学的重点。量子力学可以说无处不数学，这门学科对高级数学语言的成功运用，正是它高深与完美的体现。数学虽然加深了物理问题的难度，却维护了理论的严谨性和科学性。当然这不是要求老师从头到尾、长篇冗重地推演计算，合理地修剪枝杈既能让学生抓住重点，又免使学生感到量子力学只是数学公式的推导。对于学习量子力学的同学，可以着重于对物理概念的剖析和物理图像的描绘，绕过数学分析难点，通过简化模型、对称性考虑、极限情形和特例、量纲分析、数量级估计、概念延拓对比等得出结论。定量分析尽量只用简单的高数和微积分、常见的常微分方程，对复杂的数学推导可以不做讲解，只对少数优秀生或感兴趣的同学个别辅导。例如，在求解本征方程时，只介绍动量、定轴转子能量本征值的求解；对无限深势阱情况，薛定谔方程可类比普通物理中的简谐振动方程；对氢原子和谐振子的能量本征值问题，只重点介绍思路、方法和结论，不作详细推导。

3.充分应用类比法，讲述量子力学。经典力学是量子力学的极限情况，在教授过程中，应尽可能找到“经典”对应，应用类比方法讲述量子力学中抽象的概念和物理图像，有助于正确理解量子力学的物理图像。用光的单缝、双缝衍射、干涉说明光的波动性，用光电效应、康普顿散射说明光的粒子性，运用这种方法有利于学生掌握光的波粒二象性。在将量子力学与经典力学类比的同时，还要清楚量子力学与经典力学在观念、概念和方法上的区别。例如，经典力学用位矢、速度描述物体的状态，而量子力学用波函数描述系统状态；经典力学用牛顿第二定律描述状态变化，量子力学用薛定谔方程描述状态的变化。另外对于量子力学中的波粒二象性、态迭加原理、统计原理等都要与经典力学中的相关概念区分开来，类比说明，阐明清楚其真正内涵。

4.改变传统教学模式，采用以学生为主体的教学模式。量子力学的现代教学多以“教师讲授”为主，同时配合多媒体课件辅助教学，教学模式较传统教学有所变化，多媒体课件教学虽然能够在一定程度上激发学生的学习兴趣，但仍然是“填鸭式”的教学法，没能真正地改变传统教学的弊端。因此在教学过程中，要避免课堂成为教师的一言堂，鼓励学生提问，激发学生的逆向思维和非规范性思维等，通过创设问题情境使师生互动起来，提高学生学习量子力学的积极性，加深学生对这门课程的理解。还要组织学生开展相关课题讨论，引导学生自主能动地思考，激发学生的学习兴趣。

三、结语

“量子力学”是物理类专业基础课程中教学的难点和重点，建立新的教学模式，有利于学生学习、理解和掌握这门课程。

参考文献：

［1］曾谨言.量子力学［M］.科学出版社，1997.

［2］周世勋.量子力学教程［M］.高等教育出版社，1979.

［3］胡响明.浅谈量子概念的理解［J］.高等函授学报（自然科学版），2004，（2）：29.

量子力学在化学中的应用篇5

一、宏微结合，分类表征，以课本教学内容优化为例

化学思维的基本特点是观察、了解宏观的物质及其变化现象，从原子、分子的微观分析物质及其变化；运用化学符号系统描述物质及其变化的本质和规律。化学研究的基本方法是运用化学实验、化学计算等科学方法定性、定量地分析、解决有关物质组成、结构、变化与合成的过程。化学是一门以实验为基础的中心科学，学生通过化学实验能体会到化学的引人入胜和深邃精妙，学习从实验中发现规律。反之，没有大量宏观化学实验现象以及化学反应事实的支持，对化学缺乏丰富的感性体验，学生就很难牢固建立微观粒子及其结构的观念，很难体会化学符号系统丰富深厚的含义。化学中所谓的“四重表征”常指：宏观（如药品、装置、操作、现象）；微观（如溶质、离子的变化）；符号（如化学方程式或离子方程式）；数据图表曲线（起点、拐点、终点、走向趋势等）。

教学实例1笔者在讲授苏教版选修课“化学反应原理”的“强弱电解质”一节内容时，从学生运动后喝水选择的生活实际引入，让学生了解电解质对生命活动的重要作用，并引出电解质的概念，引导学生依次设计四组对比实验探究：一为常见电解质溶液导电能力对比实验――视频实验；二为同浓度醋酸和盐酸电离程度比较气球实验――演示实验；三为不同浓度醋酸和盐酸pH测定实验――自主实验，四为用传感器精确测定不同浓度醋酸和盐酸pH――数字实验。并通过用直观现象，灯泡的亮暗、气球的大小判断电离程度，用粗略的广泛pH试纸和精确的pH传感器测定不同浓度醋酸和盐酸pH，用科学测定的数据画出图表图像变化，认识强弱电解质电离程度的差别，并引导学生分析数据，为下节弱电离平衡的学习提供铺垫。实验设计和分析中，注重渗透实验设计控制变量思想，注重化学宏观（实验现象）――微观（微观电离）――符号（电离方程式）――数据（pH测定）四重表征思想，注意培养学生的化学核心素养，培养学生提出问题、探究分析问题和解决问题的能力。

教学实例2笔者在讲授苏教版选修课“有机化学基础”的“有机化学反应的研究”一节内容时，首先演示了甲烷与氯气在光照条件下的卤代反应实验，总结归纳了该反应的实验宏观现象。该取代反应微观结构主要是碳原子的杂化类型不变，键角基本不变，变的是碳原子连接的原子或原子团。然后用球棍模型演示甲烷与氯气发生取代反应的过程，模型就是放大了的“微观表征”。将甲烷球棍模型的一个氢原子取下，将两个氯原子拉开，其中一个氯原子和碳原子相连，另一个氯原子和取下的氢原子相连，该取代反应的（第一步）反应方程式（符号）就活了。宏观表征，符号表征，微观表征相通相融，实现了一次三重表征的灵活转换。接着用微观和符号解释该反应的自由基链反应机理（链引发、链增殖、链终止）。最后给出一道试题，迁移运用，用科学的数据来定量的分析表征自由基链反应机理。

试题：氯分子的解离是一个吸热过程，ΔH=243.6kJ/mol，光可以引起氯的解离。可能引起氯解离的光照射Cl2和H2的混合物时，将生成HCl。设混合气体受到汞紫外灯（λ=253.6nm）照射，灯的输入功率为10W，其中2%的能量被装在10L容器中的混合气体吸收。在照射2.5s期间生成了0.065mol的HCl气体。

试回答：（1）预期引起氯解离的光波长多大？

（2）比计算的临界值长或短的光也能引起氯解离吗？

（3）量子产额多大？（量子产额=吸收每一个光子得到产物的分子数）

（4）解释如何得到上题数值，并描述反应历程。

二、变化守恒，模型认可，以化学竞赛建模辅导为例

化学基本思想是在一定的化学知识和方法基础上形成的，化学思想对理解、掌握、运用化学知识和化学方法，解决化学问题起到促进和深化的作用。透彻理解化学守恒思想的内涵，如利用“质量守恒、能量守恒、电子守恒”等诸多守恒思想会为解决化学问题带来了不尽的便利。化学模型可分为物质模型和思想模型（也称思考模型、观念模型）两大类。运用模型是化学常用的教学方法和手段，善于运用模型能够培养学生的科学探究意识。参加化学竞赛的学生仅仅具有一定的化学基础还是不够的，还需要具有一定程度的综合能力，这些能力包括观察力、思维力、想象力和创造力等。化学竞赛的试题强调考察学生具有的对化学学科特有的分子三维立体结构的空间想象能力或者说空间感受能力。利用变化守恒思想，科学建模是解决该类问题的重要途径和方法。

教学实例1请学生画出C4H4的所有可能的结构式。这个问题的知识水平还是高中水平，但能力要求远远超过高中生已有的水平，需要高度空间想象力，发散思维能力和创造力。通过讨论，需满足3个不饱和度（守恒思想），思考如何满足3个不饱和度，双键，三键和环的综合运用（变化思想），思路打开后，学生画出如图1所示结构。

教学实例2写出白磷在氧气中燃烧生成的P4O6、P4O10的结构简式。此题源于教材，但又高于教材，虽然P4O6、P4O10在中学教材中是没有的，但学生对教材中P4的正四面体结构还是熟悉的。通过分析结构、价态，可以推断出它们的结构式如图2所示。

再进一步，要求学生写出As4O6S4，C6N4H12的结构式。虽然上述分子对学生来说是极其陌生的，但将上题学到的知识进行迁移，再根据P、As与N，O与S同族，同时抽象出CH2相当于“O”，就可以解决，写出正确的结构式如图3所示。

化学竞赛中分子结构、配合物结构、晶体结构方面的问题都需要学生具有丰富的空间想像力才能解决。人类研究物质结构的过程中，形成了一种很有效的科学方法，那就是建立模型（简称建模）如配合物的八面体、四面体等结构、分子的立体结构、晶体中晶胞的结构等都建立了模型，平时学习中要能很好的理解这些模型，在解决问题时就能得心应手。

三、实验探究，绿色运用，以化学课外活动开展为例

化学要形成的基本观念为理解并认同看待化学与化学品的基本观点，如物质结构决定性质；物质在变化中，物质变化决定于它的本性，外界条件可以影响物质的变化；物质对于人类和环境都有客观性与两面性；人们利用化学原理进行实践活动，要考虑“能不能做”，更应考虑“该不该做”等。化学教学要提高学生化学学习与探究能力，在课堂教学中，教师和学生经常可发现值得研究的问题。通过研讨、探究、辩驳，最终实现问题解决并达到对知识的理解升华。学生在探究学习过程中，会激活自己化学学习中的知识储存，在解决实际问题的探索性活动，提高化学学科素养。化学的绿色运用是化学学科的终极目的，化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力方面均起着关键作用。我们必须为化学正名，提高全民的化学科学素养。

教学实例1银镜反应是中学化学教学中较为重要的实验之一，也是中学教师在上课时必做的演示实验。教学中每次做到乙醛的银镜反应这个实验，若按照课本的试剂和条件做，由于三聚乙醛等原因效果一般都不太理想。为了保证上课时能取得好的效果，实验员都会建议在乙醛中加入葡萄糖。这似乎成了做乙醛银镜反应时的“潜规则”。另外，在实验注意事项里，有两条也是一定会和学生强调的：（1）银镜反应需要加热，而且须在水浴中加热；（2）银镜反应过程中，不要振动试管。虽然，这可以让学生体验到实验成功的喜悦，但严重地违背了实事求是的科学精神。为此，查阅资料，在学生的化学课外实践活动中做了如下改进实验：取1个洁净的试管，加入3mL5%AgNO3溶液，滴加0.5mL10%NaOH溶液，继续滴加10%氨水至沉淀刚好消失，再加入乙醛（或葡萄糖），在常温下充分振荡。实验现象在试管壁上直接产生光亮的银镜，效果很是震撼。

然后和学生一起探讨银镜反应的机理：首先，醛基先跟OH-发生加成反应得到负离子，然后，该负离子在碱性溶液中失去一个质子得到双负离子，该物质不稳定，很容易失去一个氢负离子变成酸根离子，氢负离子具有较强的还原性，它能够把+1价的银还原为单质银，当然在该反应中是还原银氨络离子中+1价的银，从反应机理看，保证溶液呈强碱性是反应的关键，可见配制银氨溶液的时候加少量氢氧化钠，可取得意想不到的效果。

教学实例22015年发生过著名的PX低毒还是剧毒的“词条保卫战”，还有某品牌化妆品推出“我们恨化学”的广告，洗脑般的重复“我们恨化学”，引发了很大的争议。北大教授周公度递交声明要状告相关部门，理由是，这是一则坏广告，毫无基本科学素养，反科学、破坏化学教育。周教授的行动提出了一个人们早就关注的问题：化学科学或产品对人类社会和自然社会的双重效应，以及该如何看待化学及其产品。但对国人而言，恰恰是“喝牛奶知道了三聚氰胺，吃红心的咸鸭蛋知道了苏丹红，喝白酒知道了塑化剂，吃猪肉知道了瘦肉精……”，由此可见，提升学生的化学核心素养和普及化学的绿色运用理念已迫在眉睫。绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现预防污染重要科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有“原子经济性”，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。笔者为此专门给学生做了《绿色化学》为主题的专题讲座，普及绿色化学运用知识和理念。回答了什么是绿色化学，绿色化学应用的原则有哪些，绿色化学研究什么，目前绿色化学的研究重点是什么等问题。

量子力学在化学中的应用篇6

化学软件辅助教学计算机应用在基础理论化学的教学中，由于原子分子的微观结构无法通过肉眼直接观察，化学反应的过程也难以用宏观模型进行形象的描述，对学生来说比较抽象，利用适当的软件设计一些有助于学生理解和掌握化学知识的课件，会使枯燥无味的化学结构和化学反应变得生动形象，能让学生更深入直观地了解物质的微观结构，理解化学的本质。

一、计算机在化学教学中的适用范围

计算机辅助教学在化学教学中，尤其适用于理论性和抽象性较强的内容，例如原子核的组成、电子云、核外电子的运动、分子的结构、构型和构象、化学键的形成、离子反应和离子方程式等，适用于模拟实验难以操作、危险性大或反应现象不明显的内容。

二、化学教学中常用的计算化学软件

计算化学软件作为化学化工领域中最常用的工具，无论在科研或者教学中都担负着重要的作用。化学教学中通常应用到下列软件：

1.ChemDraw

ChemDraw软件美国CambridgeSoft公司推出的一款优秀的商业化化学软件ChemOffice中的模块之一。ChemDraw中存贮了大量的分子结构图形、原子轨道、分子轨道和电子云图的图形，在化学教学中主要用于绘制有机分子结构式及反应方程式等，ChemDraw中的实验装置绘制模版则是绘制反应流程及实验仪器装置图的重要工具。

2.Gaussian

Gaussian程序是目前国际上最为流行的量子化学计算软件之一，GaussView是Gaussian的图形用户界面，其主要功能是可以很方便而精确地作出各种原子、分子及过渡态的空间结构。和一般化学作图软件相比，它更加专业和精确，可以直接让学生观察了解各种物质的键长、键角、电子云分布等微观结构以及分子内部的各种振动。

3.MaterialsStudio

MaterialsStudio软件包是Accelrys公司开发的，是常用的分子设计和模拟软件，可进行量子力学、分子力学、分子动力学计算。MaterialsStudio软件包功能非常强大，主要由这样几个模块组成：构造分子；优化分子结构；研究分子反应；观察轨道和电子图谱；研究分子动力学。

MaterialsStudio可以快速准确地获得分子的构型与结构参数，通过对分子的结构进行分析，运用所得的结果来解释或预测化学反应的性质。除此之外，也可以计算出分子的静态性质，通过这些数据我们可以预测化学反应的位置、说明化学反应的途径和机制、解释分子的动力学行为等，在教学中可以达到事半功倍的效果。

（1）MaterialsStudio在晶体结构教学中的应用

在化学中，晶体的结构和对称性是学生不易掌握的内容，主要原因是该部分涉及三维空间变换，单纯板书式教学对学生的理解作用不大。利用MaterialsStudio的建模功能，可以方便地建立各种晶体的三维模型，直观化地展示其结构和对称性等特点。图4是面心立方NaCl在不同视角下的晶体结构图，我们可以直接得到NaCl的晶体结构，同时可以看到NaCl是立方密排晶格（ABCABC）。

此外，点击菜单build中的symmetry还可以得NaCl晶格的原胞。同时，MaterialsStudio还允许自由的创建晶体结构，只要已知空间群类型、晶体结构参数和元素类型，我们就可以任意的创建晶体。如果按下FindSymmetry选项，便可看到已找到的NaCl晶体的对称性为FM-3M，在教学中展示这种效果，能使学生容易理解晶体的对称性的类型。

（2）MaterialsStudio在电荷密度教学中的应用

在讲授极性分子和非极性分子过程中，常常提到原子电荷分布情况及对物质化学性质的影响。MaterialsStudio中原子电荷显示功能，使电荷分布一目了然。以Si来作为示范，在VolumeticSelection中，选择显示totalelectrondensity，会将场给显现出来。这个场是电子在空间中的分布，Isosurface则是显示出等位面。这里将电位以颜色来区其高低，在等电位密度中做出电位高低的图，可以让学生清楚地了解极性。

（3）原子轨道显示在教学中的应用

MaterialsStudio可以轻松地对各种原子轨道能量进行计算并获得其空间图像。利用Element可以调出一个元素表，可以直接选择元素，例如乙烷，在工具列中，选取CASTEP的计算套件计算原子轨道，在Task中选择Energy，它在计算基态能量之后，就可以分析原子轨道了。

三、结束语

使用最新的化学计算软件，采用新颖的教学形式和教学手段，直接在屏幕上显示三维构型，同时可以任意旋转操作，使同学们的兴趣大增，而且通过计算机辅助教学的动画模拟，使得微观抽象的知识点更具体形象化，便于学生理解和掌握，收到很好的教学效果。

参考文献：

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[2]任萃毅.介绍一个新型的化学软件包-CSChemoffice2000[J].化学教学，2001，（3）：34.

[3]叶国东.量子化学软件Gaussian应用于无机化学教学[J].广东化工，2010，37（4）：220.