Gaussian软件应用——研究化学反应和反应性
Gaussian软件应用——研究化学反应和反应性
第八章研究化学反应和反应性
本章讨论应用电子结构理论研究化学反应.我们将从电子密度开始,然后回顾第四章中有关反应势垒的讨论,再讨论反应研究中的更复杂的技术,最后,通过对相应反应的计算,来研究未知体系的反应热.
本章将引入两种新的计算方法
* 势能面
* 反应路径分析
8.1 预测电子密度
将电子密度或静电势可视化是研究一个分子体系的反应性的重要的第一步.
例8.1 文件e8_01a, e8_01b 取代苯的电子密度
在有机化学中,亲电芳香取代反应的定位效应是已经被深入研究的课题.
在这里,我们采用电子密度对这一现象进行研究.
已经知道氯苯和硝基苯的硝化是基于同样的反应机理:苯环首先受NO2+的攻击,产生各种异构体的阳离子异构体.当硝化完成后,产物分布如下.
邻位间位对位
氯硝基苯29% 1% 70%
二硝基苯7% 88% 1%
我们在这里检验间位和对位异构体的中间体.
分子采用B3LYP/6-31G(d)进行优化,电子密度在HF/6-31G(d)等级计算.将电子密度按照平行苯环平面的方向切片,得到不同厚度位置的电子密度图. 间位的氯硝基苯和对位的二硝基苯的电子密度分布显示,其保留了有较大共振范围的电子结构,相反,另两个构型的电子密度分布显示其电子分布相对局域化,并且向苯环外的方向集中.
通过电子密度的图形,可以定性的理解电子密度和反应性的关系,在得到结论之前,检查这个体积的电子密度是必要的.关于这方面的进一步资料可以参见Gaussian出版的白皮书Visualizing Results from Gaussian.
8.2 计算反应焓变
例8.2 文件e8_02 水解反应
现在分析水解反应H+ + H2O --> H3O+
目的是计算标准反应焓变dH298.其计算方法可以表示为
dH298 = dE298 + d(PV)
dE298 = dEe0 + d(dEe)298 + dEv0 + d(dEv)298 + dEr298 + dEt298
其中
dEe0: 0K时产物与反应物的能量差;
d(dEe)298: 0K到298K电子能量的变化.对于这个反应,这一项可以忽略;
dEv0: 0K时反应物和产物的零点能之差;
d(dEv)298: 0K到298K振动能量的变化;
dEr298: 产物和反应物的旋转能之差;
dEt298: 产物和反应物的平动能之差;
d(PV): 由于有一摩尔分子消失,PV=-RT.
dEe0由单点能得到,本例采用的计算方法是B3LYP/6-311+G(2df,2p).其他的各项都要考虑内能校正,通过频率分析得到.这样,所要做的工作就是进行优化然后进行频率分析得到所需数值.采用B3LYP/6-31G(d)就能够得到足够精确的结果.
这里注意我们不用计算H+,由于没有电子,它的电子能量显然是0;由于只有一个原子,其振动,转动能显然也是零,这样,其只有平动能,其值为
1.5RT = 0.889kcal.mol.(详见统计热力学).
最终计算得到dH298=-163.3kcal.mol.实验值为-165.3+-1.8kcal/mol. 两者符合的相当好.
8.3 研究势能面
对于势能面的研究对反应路径分析来讲,可能产生出人意料的好的结果.
本节中, 我们通过实例研究势能面的应用方法.
考虑丙烯基正离子的旋转异构体的变化,
H1 H1
| |
H2a C H2b H2a C H3b
\ / \ / <---> \ / \ /
C C C C
| | | |
H3a H3b H3a H2b
(I) (I')
曾经认为两个异构体之间的变化是通过一个具有Cs对称性的过渡态完成的,在该构型中,H2b-C-H3b组成的平面垂直与碳原子平面.采用HF/6-311++G(d,p)能够找到这样的过渡态,但是进一步的采用MP2和QCISD 以及同样基组的研究却没有得到过渡态,而得到了极小值!这个新的具有Cs对称性的结构中,H1迁移到了端位的碳原子上.这个新结构的能量比势能面中平衡结构的能量高10kcal/mol.
这样就有了另一条反应路线:
中间碳上的氢迁移到端位的碳原子上;
新形成的甲基旋转;
旋转后的甲基上的一个氢原子迁移回中间碳原子.
在这个例子中,应用了IRC计算来确定过渡态的确是连接产物与反应物的.
本章后面将对这一方法进行讨论.
HF方法的研究得到了假的过渡态,原因是,由于HF方法本身的限制,其计算的亚甲
基旋转的势垒要低于氢原子迁移的势垒.
8.4 势能面扫描
势能面扫描可以研究一个区域内的势能面.一般的扫描都是由一系列的在不同结构上的单点能计算组成的.当进行势能面扫描时,要设置分子结构的变量,设置需要变化的结构的范围和步长.
在Gaussian中,势能面扫描是自动进行的,下面是一个进行势能面扫描的算例.
#T UMP4/6-311+G(d,p) Scan Test
CH PES Scan
0 2
C
H 1 R
R 0.5 40 0.04
该算例要求一个对于CH的势能面扫描,所用的关键词是scan,变量的设置格式是:
名称初始值[点数步长]
当只有一个参数时,变量在整个扫描中是不变的,当三个参数都设定时,变量将在一定范围内变化.
当有多个变量时,所有的可能构型都要计算.
所有等级的计算结果都在输出文件中列出,比如进行的MP2的势能面扫描也将列出HF方法的结果.
根据得到的扫描结果,可以得到所要的势能面,通过它,可能得到极小值的可能位置.势能面扫描过程中不进行几何优化.
8.5 反应路径分析
在第四章中我们提到,得到一个过渡态机构不能说明它就是连接产物和反应物的结构.分析其是不是所需过
渡态的一个方法是分析虚频的简正振动状态.
有时,对振动的分析也不能够确定.本节讨论更为精确的方法.
IRC方法检验过渡态分子的趋势.计算从过渡态开始,根据能量降低的方向来寻找极小值,就是说,寻找过渡态所连接的两个极小值. 反应路径是连接反应物与产物的,但是连接反应物和产物可以有不止一条路径, 通过不同的过渡态连接,通过IRC计算,我们可以寻找真正的反应路径,也就是能量最低的反应路径.
反应路径计算可以确认得到的过渡态就是连接反应物和产物的过渡态,一旦确认,
还可以计算活化能(注意零点能校正).
运行IRC
在Gaussian中,运行IRC的关键词是IRC.需要注意的是,IRC计算是从过渡态开始的,
在两个反应方向上各进行固定步骤的计算(默认是6步).
IRC计算的方法是这样的:
* 优化过渡态
* 进行频率分析,确认所得到的是过渡态,计算零点能,生成进行IRC计算的力矩阵
* 运行IRC,在鞍点的能量下降方向,寻找极小值.一般的,需要增大寻找的次数,
从而尽可能的接近极小值.方法是设置MaxPoints.
确定反应势垒,一般还要进行更多的工作,
* 对过渡态的高等级的能量计算
* 对反应物和产物进行优化和频率分析,得到零点能,进行高等级能量计算
8.6 势能面研究实例
我们现在用Gaussian的反应路径分析来研究甲醛的势能面.这个势能面上有很多极小值,包括甲醛,羟基卡宾,以及H2和CO.每一组之间都可以组合成不同的反应物产物对.这里研究两个反应
H2CO <--> CO + H2
H2CO <--> HCOH
甲醛的解离
我们要确定反应过渡态的结构,预测反应的活化能.为此,我们需要以下信息:
* 甲醛,氢分子,一氧化碳分子的考虑零点能的能量.
* 过渡态的几何构型和零点能校正的能量.
计算在HF/6-31G(d)水平进行,结果如下
SCF能量零点能总能量
H2 -1.12683 0.00968 -1.11716
CO -112.73788 0.00508 -112.7280
H2 + CO -113.84996
H2CO -113.86633 0.02668 -113.83966
计算过渡态的能量,方法是
* 过渡态几何构型优化,计算SCF能量
* 频率分析,计算零点能
* IRC计算,确认过渡态
优化过渡态
例8.3 文件e8_03 CH2O --> H2 + CO IRC
首先考虑氧原子垂直于CHH平面的构型,同时增大OCH夹角.计算中设置
Opt=(TS,CalcFC). CalcFC一般对于过渡态的优化是有帮助的.
得到的该点几何构型与猜测的结构接近,SCF能量-113.69352
频率分析
频率分析表明其有一个虚频,零点能0.01774(校正后),总能量-113.68578
IRC计算
IRC计算需要优化好的过渡态和相应的力矩阵,得到的方法是
* 从临时文件中获得(IRC=RCFC),或
* 在IRC计算的初始进行计算(IRC=CalcFC)
IRC计算在输出文件末尾对计算进行总结,列出能量和优化的变量的值.第一个值和最后一个值是整条路径的起点和终点. 在起点上,我们得到了一个类似甲醛分子的结构,可以认定该反应路线是通向甲醛的,在终点上,得到了一个C-H键伸长的结构,C-O键略微缩短,也表明这条反应路线是通向解离分子的.
计算活化能
IRC计算确认了所得到的就是我们所要的过渡态,下面就可以计算活化能了.
能量活化能(kcal/mol)
过渡态-113.67578
反应物-113.83966 102.8(正向)
产物-113.84996 109.3(反向)
计算表明两个反应方向的势垒相似.
注意IRC得到的产物的能量不一定等于两个单独的体系的和,因为当IRC计算得到分子配合物的极小值,与两个分离体系的能量和有些差别
1,2氢迁移反应
现在用同样的步骤研究第二个反应.
反式氢基卡宾的包含零点能的总能量是-113.75709,计算方法是RHF/6-31G(d).
寻找过渡态
猜测过渡态在碳原子上的一个氢原子象氧原子方向迁移,处于同时与碳原子和氧原子作用的位置,对其进行的频率分析表明其位一阶鞍点,包含零点能的总能量为-113.67941
反应路径分析
IRC分析得到的两个结构,一个类似于HCOH,一个类似于H2CO,说明该结构为该反
应的过渡态.
活化能预测
计算得到的活化能为100.6(正向)和48.7(反向)kcal/mol
IRC的注意事项
虽然实际的反应结构如极小点,极大点,鞍点等在势能面上存在几何的和数学的意义,但不能简单推广到物理的和化学的意义.实际的分子是有动能的,这样它就可以不遵循反应路径.当然,计算得到的结果提供了最经济的反应途径.
8.7 等构反应(Isodesmic Reactions)
等构反应是指反应前后各种键的数量不变的反应,比如乙醛与乙烷生成丙酮和甲烷的反应,反应前后,各种价键的数量都没有变化. 由于这一特点,对这样体系的研究可以得到相当精确的结果.
例8.5 文件e8_05 等构反应的反应焓变化
本例计算上面提到的反应的反应焓变,步骤如下:
* 在HF/6-31G(d)水平优化结构
* 进行频率分析计算零点能
* 在B3LYP/6-311+G(3df,2p)水平计算单点能
结果得到反应焓变-9.95kcal/mol,实验值-9.9+-0.3kcal/mol.
例8.6 文件e8_06 通过等构反应确定二氧化碳分子生成焓
本例中利用等构反应CO2 + CH4 --> 2H2CO 来确定二氧化碳分子的生成焓.
原理如下:
dHcalc = 2 E0(H2CO) - (E0(CO2) + E0(CH4))
dHf(CO2) = -(dHcalc - dHf(CH4) + 2dHf(H2CO))
甲烷和甲醛的生成焓实验值分别为-16.0和-25.0kcal/mol(0K)
计算方法同上例,所得到的反应焓变为60.64kcal/mol,这样计算得到的
二氧化碳的生成焓为-94.64kcal/mol.实验值为-93.96kcal/mol.
等构反应的局限
等构反应的局限
等构反应对于反应体系和生成焓的研究非常重要,但其也有明显的缺点,如下
* 必须依赖良好的实验数据,实验数据不准确,得到的生成焓自然也不可信
* 该技术不能推广到活化势垒方面
* 该技术不能用于实际上发生不了的等构反应
* 不同的等构反应可以得到不同的生成焓数值.
例8.7 文件e8_07 等构反应的局限
本例通过两个不同的等构反应计算乙烷的生成焓,研究理论
MP2/6-31G(d)//HF/6-31G(d)
反应一丙烷+ 氢--> 乙烷+ 甲烷
反应二乙烷+ 氢--> 2 甲烷
另外通过6个反应计算SiF4的生成焓,研究方法MP2/6-31G(d,p)//HF/6-31G(d) SiH4 + F2 --> 2H2 + SiF4 (i)
SiH4 + 4HF --> 4H2 + SiF4 (ii)
SiF3H + HF --> SiF4 (iii)
SiF2H2 + 2HF --> 2H2 + SiF4 (iv)
SiFH3 + 3HF --> 3H2 + SiF4 (v)
SiH4 + 4F2 --> SiF4 + 4HF (vi)
结果如下
乙烷生成焓实验值-20.0+-0.1 kcal/mol
反应一-17.361
反应二-22.258
SiF4 实验值-386.0+-0.3 kcal/mol
(i) -375.983
(ii) -366.588
(iii) -380.506
(iv) N/A
(v) -376.112
(vi) -385.379
虽然得到的乙烷生成焓和实验值比较吻合,但两个结果之间竟然有高达5kcal/mol 的差距,对于这样的简单的烃的体系仍然有这样大的差异,在使用这一方法是就
不得不小心了.
对于SiF4,不同反应得到的数据差别也很明显,虽然也有很符合的结果,但最大的
差距竟然达到20kcal/mol.同时注意这些硅化合物的生成焓本身的可靠性不高.
8.8 练习
练习8.1 文件8_01a~c 水和反应
计算两个反应的反应焓
Li+ + H2O --> H2OLi+ at 298.15K
H2O + H2O --> (H2O)2 at 373K
两个反应的实验值分别是-34.0+-0.2kcal/mol和-3.6+-.5kcal/mol
计算方法是B3LYP/6-311+G(2df,2p)//B3LYP/6-31G(d)
由于本例中要计算298.15K和373K两个温度的水分子的热力学数据,所以,可以在
一个计算中完成,输入文件如下
%Chk=water
#T RHF/6-31G(d) Freq=ReadIso
...
--Link1--
%Chk=water
%Nosave
#T RHF/6-31G(d) Geom=Check Freq=(ReacFC, ReadIso) Guess=Read Test
...
373.0 1.0 0.9135
16
16
1
1
计算得到的第一个反应反应焓变为-34.0kcal/mol.注意对Li+不能进行频率分析,
其焓的校正为1.5RT(只有平动能)
对于第二个反应,注意由于DFT方法在处理弱作用体系上有些困难,要确认所得到
的分子是真正的极小值,而不是过渡态.本例中需要采用Opt=CalcAll来进行优化.
计算结果为反应焓-2.9kcal/mol
练习8.2 文件8_02a, 8_02b 键的解离
本例中通过势能面扫描研究键的断裂过程,研究的体系是CH键
CH UMP4/6-311+G(d,p) 键长范围0.2-2.5A
CH4 RQCISD(T)/6-311++G(d,p) 和键长范围 .75-3.15A
UQCISD(T,E4T)/6-311++G(d,p)
UQCISD的E4T选项进行的是在MP4(SDTQ)水平进行MP4计算,而不是默认的MP4(SDQ). 计算中还需要设置的关键词有
IOP(2/16=1)表示在扫描中忽略对称性变化
Guess=(Always,Mix)表示将HOMO和LUMO轨道混合来消除自旋对称性的影响,并且
在每一个点都重新计算新的猜测波函数.
下面是检查势能面扫描数据的方法
* 将HF, MP2, MP4, QCISD(T)不同水平计算的键能对键长作图
* 利用这些图来分析键解离:
* 限制性和非限制性方法的比较
* 电子相关
* 电子相关
* 三重态对QCISD水平的贡献
对于CH,UHF曲线在其他曲线之上,相对而言,HF的结果是最差的.MP2的曲线比
MP3和MP4(SDTQ)曲线要高些,但三者相差不多.
对于CH4,UHF得到的曲线远高于其他结果,MP2的结果也比其他结果要高些,而
其他各个计算方法得到的曲线基本相似.每一次提高微扰的次数,能量曲线就
向低的方向移动.
QCISD曲线与MP4曲线很接近,在对于整个曲线的描述上,QCISD(T)比MP4(SDTQ)的结果要好很多.
限制性方法和非限制性方法得到的结果只在键分裂之后才显现出来,RHF方法
得到的曲线趋势就是错误的,因为其得到的结果是,当原子进一步远离时,能量
继续上升,实际上当两个原子距离达到一定程度后,能量将基本保持不变.而对
于QCISD(T)方法,两者的差别不大,限制性方法得到的曲线在键解离后要略高于
非限制性方法的结果.这说明,在描述键解离的过程时,非限制性方法的结果要
比限制性方法好,特别是在采取低等级计算模型时.
练习8.3 文件8_03 H2CO的势能面
我们以前研究过H2CO的两个反应的势能面,得到了五个稳定点:其中三个极小值,
甲醛,反式羟基卡宾以及一氧化碳和氢分子;两个过渡态分别连接甲醛和另外两个
产物.现在要做的,就是研究这两个产物之间的变化途径.反应分两步:
反式羟基卡宾<--> 顺式羟基卡宾<--> 一氧化碳+ 氢
在HF/6-31G(d)水平研究这一问题,研究步骤是:
* 寻找过渡态
* 确定得到的稳定点是过渡态,计算零点能
* 确定这一过渡态连接的两个极小值
一个可能的连接顺式和反式结构的过渡态就是HCO平面与COH平面成90度的二面角.我们采用Opt=QST3,分别给出两个异构体和这一猜测的构型.然后进行IRC计算,得到的是接近顺式和反式异构体的构型,说明这个过渡态结构就是所要找的
过渡态.
用同样的方法,可以得到有顺式异构体到一氧化碳和氢的反应的过渡态.
反应的活化能为
正向反向
反式<--> 顺式25.8 20.5
顺式<--> 解离68.0 131.6
这样就得到了关于H2CO的新的势能面.
练习8.4 文件8_04 原子电荷分析
这个练习采用非Mulliken布局分析方法计算原子电荷,考察这些结果.
原子电荷计算并不是有量子化学理论推导出来的,所有的计算原子电荷的方法都
是武断的.
练习采用的方法有
* Muliken布局分析(默认)
* Natural布局分析(Pop=NPA)
* 采用CHelpG方法的Breneman静电势衍生电荷
* 采用Merz-Kollman-Singh方法的静电势衍生电荷
计算方法为MP2/6-31G(d).为了节省计算时间,在计算第二个以及后面的几个算
例时可以采用在临时文件中的电子密度,Geom=CHeckpoint
Density=(Checkpoint,MP2),同时注意在第一个算例中加入Density=MP2从而采
用MP2方法得到的电子密度来计算原子电荷,默认方法为HF方法.
计算的分子是丙烯阳离子.
Mulliken方法得到的原子电荷,三个碳原子上都有一定的负电荷;
Natural方法的结果是,中间碳原子上是负电荷,其余原子上均为正电荷; CHelpG和MKS方法得到的结果,也只有中间的碳原子上有负电荷.后面三个方法得到的中间碳原子上负电荷的值越来越少.
练习8.5 文件8_04 基团电荷
计算上例中的CH2和CH基团的电荷,结果如下
Mulliken NPA CHelpG MKS
CH +0.18 -0.05 -0.10 +0.09
CH2 +0.41 +0.52 +0.47 +0.45
练习8.6 文件8_06 分子中的原子电荷和键级
分子中的原子理论(theory of atoms in molecules),提供了另外的更加复杂的
计算原子电荷和相关性质的方法.
这一理论利用图论和电子密度函数来定义化学性质,如键和原子电荷.这样的理论有清楚的量子化学意义.
Gassian中的AIM关键词涉及到这一算法.
这里用AIM=BondOrders来计算丙烯正离子的原子电荷和键级.
计算的碳碳键键级为1.4,碳氢键键级为0.9.
所有原子上都是正电荷.
练习8.7 文件8_07 Si+ 和硅烷的势能面
硅簇反应是一个新的领域,非常值得用电子结构方法研究.
这个练习检验硅正离子进攻硅烷(SiH4)的势能面.这个反应是硅簇反应的中心:
Si+ + SiH4 --> Si2H2+ --> Si3H4+ --> Si4H6+ --> Si5H10+ ...
每一步反应都生成氢
我们只研究第一个反应
H Si+
| | H
Si-H + Si+ --> Si + |
/ \ / \ H
H H H H
在Krishnan Raghavachari的研究中,发现了如下的极小值
H H H H H H2
\ \ \ / \ / |
Si-H...Si Si-Si Si-Si Si--Si
/ | / | \ / \ /
H H H H H H H Si
SiH4...Si+ H3Si...SiH+ H2Si...SiH2+ H2Si-Si+...H2
最右边的结构是产物配合物,结合能1kcal/mol,在我们的研究中可以认为是反应的终点.
另外还有如下过渡态
H H-H
\ / \|
Si--Si
/
H
确定哪一个是连接过渡态和的极小值就可以确认反应势垒.
计算采用HF/6-31G(d)进行频率分析和IRC,采用MP4方法进行能量计算, IRC计算中要包含下列关键词
IRC=(RCFC, StepSize=30, MaxPoints=15) SCF=QC
这样的设置增加了两端搜索的点的数量.
具体的计算方法是
* 进行频率分析,计算零点能,准备IRC
* IRC计算,确定与过渡态相连接的极小值
* UMP4/6-31G(d,p)计算能量
最终确认该过渡态连接的是H3Si-SiH+和H2Si-Si+...H2
其他的极小值当然与其他的过渡态相连.有兴趣的可以继续寻找其他的过渡态, 完成整个反应的势能面.
练习8.8 文件8_08 等构反应
这里研究等构反应
CH3COX + H3CCH3 <--> CH3COCH3 + CH3X
X = H, F, Cl
计算反应焓变,方法为B3LYP/6-311+G(3df,2p)//B3LYP/6-31G(d)
结果为-9.95, 16.71, 7.14;实验值-9.9+-0.3, 17.9+-1.3, 6.6+-0.3
采用其他方法,HF方法的结果很糟糕,MP2方法过分考虑了电子相关,MP3
方法的结果也比较好.对于AM1方法,结果比HF方法还要差.
练习8.9 文件8_09a~b 通过等构反应计算生成焓
通过等构反应研究氟代甲烷和苯的生成焓.所用反应为
CHF3 + 2CH4 --> 3CH3F
C6H6 + 6CH4 --> 3C2H6 + 3C2H4
结果为-54.27和23.89,实验值-55.9+-2.0,24.0+-0.2
练习8.10文件8_10 一个SN2反应
研究SN2反应Cl- + H3CF --> ClCH3 + F-
方法如下
* 过渡态结构优化
* 过渡态频率分析
* 从过渡态的IRC分析
* 寻找中间体两个极小值的几何结构
* 频率分析计算零点能
得到的过渡态是Cl...CH3...F
两个极小值是F-...CH3Cl和CH3F...Cl-
(完整版)定量研究化学反应检测题(含答案)
定量研究化学反应检测题 本检测题满分：100分，时间：60分钟 一、选择题（本题包括20个小题，每小题2分，共40分） 1.下列现象能用质量守恒定律解释的是（） A.100 g干冰完全变成100 g气体 B.1升芝麻和1升大米混合，总体积小于2升 C.潮湿的衣服在阳光下晒干 D.一定量的煤完全燃烧后生成的所有物质的质量之和大于煤的原质量 2.已知氢氧化钡和硫酸钠溶液反应生成沉淀无气体放出，稀盐酸和石灰石反应放出气体，稀硫酸和锌反应放出气体。用下列装置进行证明质量守恒定律的实验，反应前后称量天平不平衡的是（） 3.在一密闭的容器内盛有20 g H2、O2和N2的混合气体，在实验室中某同学误加热此密闭容器，混合气体在密闭的容器内爆炸，冷却后，测知生成H2O 18 g，请帮此同学判断剩余的气体不可能是（） A.H2和N2 B.O2和N2 C.H2、O2和N2 D.2 g N2 4.在2A+B2C反应中，已知A的相对分子质量为24，C的相对分子质量为40，则B的相对分子质量为（） A.16 g B.32 C.16 D.32 g 5.下列化学方程式正确 ．．的是（） A.细铁丝在氧气中燃烧：4Fe+3O22Fe2O3 B.水通电分解：2H2O 2H2↑+ O2↑ C.红磷在空气中燃烧：2P＋O2P2O5 D.实验室用高锰酸钾制取氧气：2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 6.(2013·广州)浓硝酸和锌反应的化学方程式为Zn + 4HNO3Zn(NO3)2 + 2H2O + 2X↑，则X为（） A.H2 B.NH3 C.NO D.NO2 7.科学家提出：“硅是未来的石油”，制备粗硅的反应为SiO2+2C Si+n CO↑。下列说法正确的是（） A.该化学方程式中n =1 B.Si是该化学变化中的最小粒子之一 C.反应前后原子总数发生变化 D.硅是地壳中含量最高的元素 8.(2013·天津)现将10 g A和足量B混合加热，A与B发生化学反应，10 g A完全反应后生成8 g C和4 g D，则参加反应的A与B的质量比是（） A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.5∶1 9.（2013·泰安）关于化学方程式CH4+2O2CO2+2H2O的描述正确的是（） A.甲烷加氧气在点燃条件下，反应生成二氧化碳和水 B.1个甲烷和2个氧气在点燃条件下，生成1个二氧化碳和2个水 C．1个CH4分子和2个O2分子在点燃条件下，生成1个CO2分子和2个H2O分子
鲁教版初中九年级化学第五单元定量研究化学反应《化学反应的表示》教案
鲁教版初中九年级化学第五单元定量研究化学反应 第二节化学反应的表示 学习目标： 知识目标 1．通过具体化学反应分析，知道化学方程式的基本含义。 2．了解书写化学方程式应遵守的原则。 3．初步学习化学方程式的配平，能正确书写简单的化学方程式。 4、初步认识定量研究对于化学科学发展的重大意义 能力目标 通过对具体的化学反应的讨论、分析和解决，使学生的思维能力得到锻炼。 情感态度目标 培养学生尊重事实、实事求是的科学态度。 重点：正确书写化学方程式。 难点：化学方程式的配平。 教学方法：探究性学习方式。 教学过程： 问题引入：以铁燃烧的化学反应为例，你有几种描述该反应的方式 探究问题群一:请看下列几种描述： （1）铁丝燃烧:火星四射图示法。 （2）语音：tiě zài chún yǎng zhōng rán shāo shēng chéng sì yǎng huà sān tiě 汉语拼音。 （3）语音:We can burn iron and oxygen together to have an oxide 英文描述。（4）字幕:铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁。中文陈述。 （5）字幕：铁+氧气→ 四氧化三铁文字表达式。 （6）字幕：Fe+O2= Fe3O4 （7）字幕：3Fe+2O2Fe3O4 （8）字幕：铁+氧气→ 三氧化二铁文字表达式。 看一看 在这些化学反应的描述方式中，哪一种最科学？为什么?
总结:化学方程式的书写原则: 一:必须以客观事实为依据二:必须遵循质量守恒定律,要使反应前后各原子的 种类与数目保持不变 探究问题群二: 探究（1）:如何正确书写：磷在纯氧中燃烧生成五氧化二磷的化学方程式 ②归纳书写化学方程式的步骤 (学生动手书写动脑思考,教师巡视) (师生一起总结书写过程中出现的问题以及配平方法) 方法步骤： ①写式②配平③标注④检查 强调:配平过程中不能改变化学式中的数字 指一指:指出下列化学方程式中的错误： ①Mg+O2 =MgO2②Mg+O2↑==MgO③2Mg+O2──2MgO ④2Mg+O2== 2MgO↓⑤S+O2==SO2↑ 2.交流收获: ↓↑符号的用法 练一练:A组：①水通直流电生成氢气和氧气。 ②将二氧化碳通入澄清的石灰水（主要成分为Ca(OH)2）中，生成碳酸钙（CaCO3）沉淀和水。 B组：③一氧化碳气体通入到红热的氧化铜中生成铜和二氧化碳。 ④铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁。 理一理(小结化学方程式的书写方法) 重客观、量守恒；左反应、右生成；计量数、来配平；注条件、标气沉。 探究问题群三: 化学方程式的意义： 3Fe+2O2Fe3O4 168 64 232 学生讨论总结 质：铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁； 微：每3个铁原子与2个氧分子化合成1个四氧化三铁分子
初中化学定量研究化学反应单元检测题(附答案)
《定量研究化学反应》检测题(A卷) （60分钟共50分） 一、选择题（共20题，每题1分，共20分） 1．化学反应前后可能发生变化的是（） A.物质的总质量 B.元素种类 C.原子数目 D.分子数目 2．纯净物M在密闭容器中微热就分解为NH3、H2O和CO2，根据这一实验事实能得出的结论是（） A．M由四种元素组成B．M的化学性质很稳定C．M中有氨气D．M可能是碳酸氢钠3．下列有关质量守恒定律的认识，不正确的是（） A．质量守恒定律揭示了化学变化中宏观物质之间的质量关系，与微观过程无关 B．通过化学变化，只能改变世界上物质的种类，不能改变物质的总质量 C．质量守恒定律为定量揭示化学变化的规律，提供了理论依据 D．随着科技的发展，精密仪器为我们定量研究化学变化创造了条件 4．已知：X和Y两种物质共80g，在一定条件下恰好完全反应，生成Z与W的质量比为11：9，且反应中消耗X的质量是生成W的质量的4/9，则反应中消耗Y的质量为（）A．16g B．36g C．44g D．64g 5．在一个密闭容器中，有甲、乙、丙、丁四种物质在一定条件下充分反应后，测得反应前后各物质的质量如下表，下列说法错误的是（） 物质甲乙丙丁 反应前质量/g 5 2 20 22 反应后质量/g 待测11 28 5 A. C.乙、丙变化的质量比为9：8 D.反应后甲的质量为0g 6．四种物质在一定的条件下充分混合反应，测得反应前后各物质的质量分数如图所示．则有关说法中不正确的（）
A.丁一定是化合物 B.乙可能是这个反应的催化剂 C.生成的甲、丙两物质的质量比为8: 1 D.参加反应的丁的质量一定等于生成甲和丙的质量之和 7．在密闭容器中有甲、乙、丙、丁四种物质，在一定条件下反应，测得反应前后各物质的质量分数如图所示．下列说法正确的是 A．丙可能是单质 B．若消耗3g的乙，则生成17g的丙 C．丁一定是该反应的催化剂 D．甲、乙的质量之和一定等于生成丙的质量 8．如图为某化学反应的微观示意图，图中“●”表示硫原子，“○”表示氧原子．下列说法中错误的是（） A．甲是SO2 B．该反应属于化合反应 C．反应前后，分子、原子种类均不变 D．反应中，甲、乙、丙三种物质的分子个数比为2：1：2 9．下列说法不正确的是（） A．用化学式表示化学反应的式子，叫做化学方程式 B．在化学方程式C+O2点燃CO2中，“点燃”不可改成“燃烧” C．化学方程式2H2O通电2H2↑+O2↑读作：水等于氢气加氧气点燃 D．化学方程式S+O2点燃SO2↑中的”↑”应当去掉 10．煤矿坑道内”瓦斯”其主要成分是甲烷气体，若不及时通风排除，遇到火星极易发生爆炸，甲烷燃烧的化学方程式：aCH4+bO2点燃cCO2+dH2O，则化学计量数之和等于（）A. 4 B. 5 C. 6 D. 7
【鲁教版】2021中考化学复习专题《定量研究化学反应》(含答案)
【鲁教版】中考化学复习专题训练 专题1 定量研究化学反应 夯 实 基 础 1．【来宾】下列实验能够用于直接验证质量守恒定律的是( ) 图K7－1 2. 【北京】下列关于S ＋O 2=====点燃SO 2的理解不正确的是( ) A ．表示硫与氧气在点燃条件下反应生成二氧化硫 B ．参加反应的硫与氧气的质量比是2∶1 C ．反应前后硫原子、氧原子的个数均不变 D ．参加反应的氧气与生成的二氧化硫的分子个数比为1∶1 3．【张家界】农业生产中有一种氮肥，若运输过程中受到猛烈撞击，会发生爆炸性分解。其化学方程式为2X===2N 2↑＋O 2↑＋4H 2O ，则X 的化学式是( ) A ．NH 4NO 3 B ．NH 4HCO 3 C ．NH 3·H 2O D ．NH 3 4．【泰安】在一个密闭容器中放入X 、Y 、Z 、W 四种物质，在一定条件下发生化学反应，一段时间后，测得相关数据如下表，下列关于此反应的认识，正确的是( )
A.若W 为水，则X 或Y 必定为酸或碱 B ．若X 为化合物，Y 为单质，则该反应一定为置换反应 C ．m 的数值为32 D ．参加反应的X 与Y 的质量比为1∶4 5．【泰安】科学家发现，通过简单的化学反应，可以将树木纤维素转变为超级储能装置，如图K7－2是该反应的微观示意图。下列说法错误的是( ) 图K7－2 A ．参加反应的X 、Y 两物质粒子的个数比为3∶4 B ．该反应不属于置换反应 C ．W 物质中碳元素的质量分数为75% D ．化学反应前后原子的种类、个数、质量均保持不变 6．某同学写了以下化学方程式： A ．Mg ＋ O 2=====点燃MgO 2 B ．KClO 3=====MnO 2△KCl ＋ O 2↑ C ．2H 2O 2=====通电2H 2O ＋O 2↑ D ．2H 2↑＋O 2↑=====点燃2H 2O E ．3Fe ＋2O 2===Fe 3O 4 根据化学方程式错误的不同，将其序号填入以下相应的空白处。
定量研究化学反应知识点归纳
第五单元 定量研究化学反应 一．质量守恒定律： 质量守恒定律是指参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。 1．化学变化的实质 （1）宏观解释：有新物质生成，物质的种类发生了改变，但是化学反应前后元素的种类不变。 （2）微观解释：化学变化的过程实质上是反应物的分子分解成原子，原子重新组合而生成其他物质的分子过程。在这个过程中，原子的种类没有改变，各种原子的数目也没有增减，原子的质量也没有变化。 2．化学反应前后各种量的关系 3．正确理解质量守恒定律应注意以下几点： （1）注意“参加”两字，是指实际参与了反应的物质的质量，不包括反应后剩余的和反应前已有的物质的质量。 “参加化学反应的各物质”既包括反应物，也包括生成物。 （2）“各物质的质量总和”中的“各物质”不仅包括固体、液体、也包括气体。 4．运用质量守恒定律应注意以下几点： （1）质量守恒定律的适用范围是化学变化，不包括物理变化。 （2）质量守恒定律指的是“质量守恒”，并不包括诸如体积等方面的守恒。实际上，化学反应前后“体积并不一定守恒”。 （3）质量守恒定律中的“质量”指的是参加化学反应的反应物的总质量或者是所有生成物的总质量。运用时不能遗漏反应物或生成物，尤其是不能遗漏气态物质。 （4）在做验证质量守恒定律的试验时，如果有气体参与反应，或反应有气体生成时，反应必须在密闭容器内进行。 （5）在化学变化中，提供的反应物不一定都恰好完全反应。 二．化学方程式（重点、难点） 化学方程式：用化学式表示化学反应的式子 1．化学方程式书写的原则：（1）必须遵守质量守恒定律；（2）必须以客观事实为依据。 2．化学方程式中包含的内容： （1）反应物、生成物的化学式及反应条件。反应物在左、生成物在右，之间用“ ”相连，读作“生成”；反应条件写在“ ”上方，如果是常温常压下，不加以任何条件就能发生的反应，不注明反应条件；反应物（或生成物）不止一种时，之间用“+”相连，读作“和”。 （2）化学计量数：反映了化学变化遵守质量守恒定律，即保证“ ”两边的原子种类、数目都相同。 （3）某些生成物的状态：“↑”：反应物中没有气体，而有气体生成时，则标注在生成的气体物质化学式后面；“↓”：在溶液中进行的反应，如果反应物中没有难溶物，而有沉淀析出，则标注在生成的难溶物的化学式后面。 3．化学方程式书写步骤： （1）写：必须根据反应事实，弄清楚反应物、生成物以及反应条件，并正确的书写出反应物生成物的化学式。书写化学式时，要考虑化合价，保证化合价代数和为零。 （2）配：即配平化学方程式，根据质量守恒定律，在化学式前配上适当的数字，使“—”左右两边的原子种类、数目都相同。常用的方法有“观察法”、“最小公倍数法”。 （3）注：注明反应条件，用“↑”、“↓”标注出某些生成物的状态。 （4）等：将“—”变为“ ”。 4．要求： （1）熟记常见的化学反应的化学方程式，重点记住“反应物”、“生成物”及“反应条件”。 （2）把握规律： ①单质与氧气发生化合反应，燃烧，生成氧化物。即反应物是单质与氧气，反应条件一般是“点燃”（Al 、Cu 除外），生成物是该单质对应的氧化物； ②可燃性化合物在氧气中燃烧，充分燃烧后，化合物中的C 元素转化为CO 2、H 元素转化为H 2O 、S 元素转化为SO 2。 ③置换反应的特点就像“第三者插足”：活泼的单质将不活泼的单质从其化合物中置换出来，主要发生在金属之间。 ④复分解反应：互相交换成分。 （3）不熟悉的化学方程式的书写： ①根据提供的化学反应事实书写化学方程式：如，镁带能在二氧化碳中燃烧生成炭黑和氧化镁：根据这句话，就能判断出反应物是：Mg 、CO 2；生成物是：C 、MgO ；反应条件是：点燃。则化学方程式为：2Mg+CO 2点燃C+2MgO ②根据反应物书写：首先就要判断反应类型，根据该类型反应的规律，判断出反应物、生成物以及反应条件。（如，写出乙烷（C 2 H 6）完全燃烧的化学方程式。该反应属于化合物在氧气中燃
九年级化学上册 5.3 化学反应中的有关计算教案 (新版)鲁教版 (2)
第三节化学反应中的有关计算 教学目标： 知识与技能 1、进一步认识化学反应中各物质之间的质量关系；初步学会根据化学方程式进行简单的计算。 2、理解有关化学方程式计算的解题步骤和思路，提高学生分析问题、解决问题的能力。 3、初步认识定量研究化学反应对于生产和生活的重要意义。 过程与方法 1、通过对计算原理的探究，培养学生从微观粒子的角度去分析化学反应中分子之间的质量关系，使学生理解化学反应中各物质质量关系的实质，培养学生的理性思维。 2、通过讨论及合作交流培养学生形成良好的教学习惯和教学方法。 情感态度与价值观 1、了解未来的理想能源—氢能源的制取方法，培养学生的能源意识，体会化学与社会的关系，激发其教学化学的热情。 2、认识化学方程式不仅反映了物质在化学反应中质的变化，而且能反映出物质在化学反应中量的关系，认识定量研究化学反应对于生产和生活的实际意义。 教学起点分析： 在上一单元的教学中，学生教学了质量守恒定律和化学方程式，知道了化学方程式能够表示化学变化，化学反应前后反应物的质量总和和生成物的质量总和相等。但学生还不知道化学反应中具体物质之间在质量方面存在怎样的定量关系。引导学生从定量的角度认识化学方程式，明确化学反应中有关计算的依据是化学方程式，建立化学反应中宏观物质、微观粒子与化学式和化学方程式这些化学符号之间的联系，是本节教学的起点。因此，教材首先引导学生从微观本质上去认识化学反应中物质的质量比与物质的相对分子质量之间的关系，然后运用建立数学比例模型的方法列出已知量和未知量之间的比例关系，最后归纳出根据化学方程式计算的一般步骤。 教学重点和难点： 根据化学方程式进行计算的解题思路和一般步骤。 教学准备： 多媒体演示台、课件等。
Gaussian中如何为不同原子指定不同基组
Gaussian中如何为不同原子指定不同基组 We m ay need a larger basis to describe the atom s involved in reaction, whil e describing the rest of the system with sm aller basis sets. In this case, we need the "Gen" keyword A sam ple input: #gfinput iop(6/7=3) #B3LYP/Gen Opt ……
第五单元 定量研究化学反应单元备课
第五单元定量研究化学反应单元备课 一、第四单元教学反思 在本章之前，学生对化学变化中物质发生了质的变化已经有了一定的认识，还具体学习了氧气和氢气有关的化学反应。但是，在前三章中，常用文字表达式来表示物质发生的化学变化，这种表示方法使用起来很不方便，正如本章教材前言中指出的“无法表示反应物和生成物的组成，也无法反映出各物质间的量的关系”。元素符号、化学式、化学方程式是初中化学入门的三种重要化学用语，掌握了它们才有可能学好化学，其重要性可想而知。在前两章中，学生学习了用元素符号表示该元素的名称和该元素的一个原子；还学习了用化学式来表示物质的组成，这些都为本章化学方程式的教学作好了准备。 二、本单元教学内容 本章在全书中的地位和作用，可以从以下三个方面来认识：(1)完成了化学用语的教学，使学生学会利用化学式来表示物质之间的化学变化，正确书写化学方程式；(2)总结氧气和氢气的化学性质，把表示物质化学变化的文字表达式，改写为化学方程式；(3)对于化学的学习，开始从生成何种物质向生成多少物质的方面过渡。由此可见，本章的学习质量，将对全部初中化学的学习起到至关重要的作用。 三、本单元教学目标 1、知识目标：1. 认识质量守恒定律，并能说明化学反应中的质量关系。 2、能力目标：能正确的书写简单的化学反应方程式。 3、情感目标：能会正确根据化学方程式的计算。 四、本单元教学重点 1、能正确的书写简单的化学反应方程式。 2、能会正确根据化学方程式的计算。 五、本单元教学难点 1、质量守恒定律的应用 2、化学方程式的配平 六、本单元教学内容课时分配 第一节质量守恒定律2课时 第二节化学反应方程式2课时 第三节化学反应方程式计算2课时 七、本单元主要教学方法 探究实验、讲解、练习
鲁教版化学九年《化学反应中的有关计算》同步教案
鲁教版化学九年《化学反应中的有关计 算》同步教案 青岛第五十六中学郑冰 【教学目标】 知识：在理解化学方程式的基础上，使学生掌握有关的反应物、生成物的计算。 能力：掌握解题格式和解题方法，培养学生分析问题解决问题的能力。 情感：了解定量研究化学反应对于社会生产和生活的重要意义。 【教材分析】 本课题主要是引导学生从定量的角度认识化学方程式，通过化学方程式的计算更深刻的理解化学方程式在量的方面所表示的意义。即参加反应及生成的各种物质在化学反应中的质量比为定值这一客观事实。主要需解决的问题：如何分析题；怎样解题。 【重点难点】 1计算题解题的一般思路； 2.从微观粒子角度理解化学反应过程中物质之间的质量关系 【教学策略】 1.如何分析题： ①读题：找出习题中的关键词，如：告诉了什么；需要干什么； ②分析：确定相关量之间的关系，即关系是怎样产生的； ③模拟练习：将已知和待求与反应的化学方程式形成关联。 （该部分可通过讨论或互教的方法达成。务求学生掌握，理解能力强或已有相关能力的学生亦要求进行认识的强化。） 2.怎样解题： ①原理探求，联系化学方程式表示的含义，关注其表示的量的含义； ②分析例题，参考并进行解题练习和规范书写格式； ③讨论交流，分析对于过程的认识和解题的关键； ④归纳反思，检查存在的问题，整理解题思路。 （联系旧有的知识并通过对化学方程式所体现的量的关系的进一步认识，确定化学方程式计算的解题依据。通过自我学习和模仿练习，结合讨论交流、评价反思，让学生不断加深对化学方程式计算的认识，体会化学反应对于社会生产和生活的重要意义，同时在学习中不断修正认识的偏差或重建认识。对于书写格式的规范化要求，旨在使学生养成良好的学习习惯。）
第五单元-定量研究化学反应-知识点
第五单元定量研究化学反应 第一节化学反应中的质量守恒一、物质发生化学变化的实质 1、从宏观上讲：物质发生化学变化时生成了新物质。 如磷燃烧生成了五氧化一磷，蜡烛燃烧生成了水和一氧化碳。 2、从微观上讲： 由分子构成的物质发生化学变化时分子分裂成原子，原子重 新组合成新的分子。 二、质量守恒定律 1、概念： 参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和， 这个规律叫做质量守恒定律。质量守恒定律是自然科学的基本定律之 5 它告诉我们化学变化只能改变物质的种类而不能改变物质的总质量。 2、注意： ①质量守恒定律应用于化学变化，不能应用于物理变化。 例：冰融化成水，大块矿石砸碎变成小块矿石，这些变化前后物质的质量 总和虽然相等，但不能把物质的这种变化说成是符合质量守恒定律。 ②适量守恒定律说的是“质量守恒”而不是其它方面的守恒。 例：对于反应物和生成物都是气体的反应来说，参加反应的各气体的质量 之和一定等于生成的各气体的质量之和，但其总体积却不一定相等。 ③注意正确认识“参加化学反应”的各物质，如有的反应需要使用催化剂， 不能将催化剂视为反应物。 :10g食盐水蒸发得到3.2g氯化钠和6.8g水，符合质量守恒定律吗? 分析：质量守恒定律适用于一切化学反应，而该变化为物理变化，不能用 质量守恒定律来解释。 :反应前所有物质的总质量，一定等于反应后所有物质的总质量吗? 分析：质量守恒定律强调“参加反应”，不参加反应的物质质量以及不是生成物的物质质量不能计入“总质量”。 3、利用原子、分子只是解释质量守恒的原因 （1）化学反应的实质： 化学反应是参加反应的各物质（反应物）的原子重新组合而生成其它物 质（生成物）的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表
Gaussian软件应用——高精度能量模型
Gaussian软件应用——高精度能量模型 第七章高精度能量模型 前两章中,我们讨论了不同理论方法和基组的计算精度,也讨论了各自的优缺点, 本章讨论得到非常精确结果的方法. 高精度模型的建立,能够是关于能量的计算精度达到2kcal/mol的差距.一般的, 达到这样的精度需要一个庞大的QCISD(T)计算,甚至对于小分子的处理,其运算量也是惊人的. G2,CBS-4,CBS-Q方法是包括了一系列采用特别方法处理的计算的组合,可以提供更为精确的结果. 7.1 预测热化学 我们主要讨论的是原子化能,电子亲和势,离子化能和质子亲和能. 原子化能 原子化能是分子与组成分子的原子的能量差,如对于PH2,其原子化能为 E(P)+2(EH())-R(PH2) 例7.1 文件e7_01 PH2的原子化能 采用B3LYP/6-31G(d)优化几何构型,计算零点能(矫正因子0.9804),用B3LYP/6-31+G(d,p)计算能量. 得到的原子化能为148,3kcal/mol,实验值为144,7,误差3.6kcal/mol 电子亲和势 电子亲和势 电子亲和势指体系增加一个电子后能量的变化,计算方法为中性分子和其阴离子的能量差.同上例中计算方法得到的PH2电子亲和势为1.24eV,实验值1.26eV, 误差0.02eV,大约0.5kcal/mol 离子化能 离子化能指体系减少一个电子的能量的变化,计算方法为中性分子和其阳离子的能量差距.同上两例计算方法得到的离子化能为9.95eV,实验值9,82eV,误差-0.13eV 约-2.9kcal/mol. 质子亲和能 质子亲和能为体系增加一个质子后的能量变化,计算方法为分子与在其基础上增加一个质子的体系的能量差距.同上例计算方法得到的质子亲和能为185.9kcal/mol, 实验值为187.1kcal/mol,差距1.2kcal/mol. 7.2 理论模型的评价 理论模型一般采用上面的热力学数据来评价 7.3 G2分子基(Molecule Set)以及缺陷及对缺陷的解释 G2分子基是在55个原子化能,38个离子化能,25个电子亲和势和7和质子亲和能的基础上发展的. 这个分子基有很多优点,使得其能够得到精确的热力学结果 * 热力学数据一般是很难模拟的,误差产生于模型假设中的缺陷. * 实验值也是有误差的 * 该分子基包含了大量的原子 * 该分子基包含了大量的特殊体系,如离子,开壳层体系等 其缺点是, * 其所处理的分子体系小,推广到大的体系是必须要小心 * 不是所有的键型都支持的,比如不包括环状分子,没有C-F键 * 只能研究前两周期原子,推广到其他原子,如过渡金属可能会有问题 * 由于其产生于非常精确的热力学数据,其本身是武断的,甚至对于一些一二 周期原子的双原子分子不能全部得到精确结果 这一点本身很重要,因为从一小部分分子的某个热力学数据得到的理论模型在应用上必须小心. 7.4 理论模型的相对精确性 通过对半经验(AM1),HF方法,MP(MP2),DFT(B3LYP, SVWN)等理论方法的比较,
初中化学_定量研究化学反应单元反应教学设计学情分析教材分析课后反思
定量研究化学反应单元复习教学设计 。 课题 定量研究化学反应单元复习 课型 复习 主备人 教 材 本部分内容是初中化学的重要内容，同时也是学生进行化学计算的中心依据，为学生更加深刻认识化学反应及通过化学反应 分析 进行定量计算作铺垫。本节课将以化学方程式为主线，构建化学反应、质量守恒定律、化学方程式之间的有机联系和知识结构。 学 情分析 知识状况：学生初步学习了质量守恒定律及化学方程式，初步理解了化学反应前后反应物及生成物之间的定性和定量关系，但学生在真正应用化学方程式及质量守恒定律解题时时仍出现找不出解题依据、不会应用的现象。 能力状况：已经掌握基本的实验操作，但分析能力较弱，尤其对于实验、计算的分析、信息提取能力不足。 心理状况：遇到难度稍大的题目就胆怯，不愿深入思考分析，需要多练习、多鼓励。 教 学 1.知识与技能 目标 （1）掌握化学方程式的书写及意义。 （2）理解质量守恒定律的内容及实质，用实验的方法验证化 学反应中的质量守恒，并能进行有计算及其他应用。 2.过程与方法 （1）通过化学方程式的书写及意义：培养学生定性与定量相结合的思维。 （2）通过质量守恒定律的实质分析与实验探究，培养学生宏观现象看微观本质、实验分析能力。 3.情感态度与价值观 （1）初步形成化学变化的宏观事实、微观本质和符号表征（化学方程式）相互联系的思维习惯。 （2）认识定量研究对化学科学发展、工农业生产和生活的重要意义。
教学重点1.化学方程式的书写及意义。 2.质量守恒定律的内容、实质及应用。 教学 难点 化学方程式的意义及有关计算 课时 安排 1 课时 学习 方式 自主学习、小组合作学习 教学过程 教师活动学生活动设计意图 【导入】 第五单元我们学习了定量研究化学反应，本 节课我们以化学方程式为主线进行单元复习。 一、化学方程式的书写及意义 宏观和微观结合是化学学科特有的思维方 式，请同学们观察以下微观示意图，将该 化学方程式写在演草纸上，再和同学们讨论该化学方程式的意义。 评价该同学书写的是否正确。相应位置书写化学方程式 生板书 评价，修改自己的答案同 位交流 在情境中回 顾化学方程 式的书写方 法 生生互评 交流促进步
《定量研究化学反应》单元测试
第五单元定量研究化学反应 本检测题满分100分，时间：60分钟 一、选择题（本题包括22个小题，每小题2分，共44分） 1.下列现象能用质量守恒定律解释的是（） A. 10 g冰受热融化成10 g 水 B. 1升芝麻和1升大米混合，总体积小于2升 C. 潮湿的衣服在阳光下晒干 D. 一定量的煤完全燃烧后生成的所有物质的质量之和大于煤的原质量 2.下列有关对质量守恒定律的理解，正确的是（） A.将5 g铁和5 g铜混合加热后，物质的总质量为10 g，遵循质量守恒定律 B.化学反应前后分子的总数一定不会发生变化 C. 5 g硫和5 g氧气完全反应后，生成物质量为10 g D.镁条燃烧后质量增加，不遵循质量守恒定律 3.在一密闭的容器内盛有20 g H2、O2和N2的混合气体，在实验室中某同学误加热此密闭容器，混合气体在密闭的容器内爆炸，冷却后，测知生成H2O 18 g，请帮此同学判断剩余的气体不可能是（） A.H2和N2 B.O2和N2 C.H2、O2和N2 D.2 g N2 4.在2A+B===2C反应中，已知A的相对分子质量为24，C的相对分子质量为40，则B的相对分子质量为（） A.16 g B.32 C.16 D.32 g 5.下列化学方程式书写正确的是（） A.2P+5O2P2O5 B.2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ C.2CO+O2＝2CO2 D.H2SO4+NaOH＝NaSO4+H2O 6.工业上煅烧硫铁矿用来生产硫酸，用X表示硫铁矿中的主要成分。煅烧反应的 化学方程式为4X+11O22Fe2O3+8SO2，则X为（） A.FeS2 B.Fe2S3 C.FeSO4 D.FeS 7.实验室常用二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气，反应的化学方程式为 MnO2+4HCl（浓）MnCl2+2X+Cl2↑，其中X的化学式为（） A.H2O B.H2O2 C.HClO D.O2
gaussian高级注释
Gaussian98高级注释 Mark A. Zottola，David C. Young（阿拉巴马超级计算中心） ****************** 目录 ****************** 计算电子激发态 收敛问题的调整 自旋污染 使用赝势 耦合簇 Gaussian和CBS理论 精度和CPU时间比较 练习 计算电子激发态 有很多方法可以计算电子激发态，其中有些就在Gaussian中，虽然它并不是完成这项任务最好的程序。它们在精度、易用性和计算资源需求方面各不相同。全部考虑，有下面这些： 1.通过改变多重度，计算不同于基态自旋的第一激发态。 2.CIS计算，使用CIS关键字。不用选择，自动包含Density关键字， 所以布居数分析将反映激发态。对于闭壳层基态，你可以定义计算单重 激发态还是三重激发态或是都计算 (CIS=Singlets, CIS=Triplets, CIS=50-50)。使用CIS=(Root=N)定义哪一个激发态用于几何优化，其中N 为1是第一激发态。 3.对角区域哈密顿量允许定义每个对称性有多少电子态。但不能用于 Gaussian。 4.关键字ZINDO定义了ZINDO-1半经验方法。它的选项和上面CIS列出 的相同。在Gaussian 98中，ZINDO不能用于几何优化。 5.多重行列式计算中更高的根。在Gaussian中用于CASSCF，使用关键 字CASSCF(NRoot=N)。Opt=Conical与CASSCF结合，寻找避免交叉或圆锥交叉点。关键字StateAverage可以给出更精确的激发能。关键字 Spin在计算中包含两个态之间近似的自旋-轨道耦合。 6.含时计算考虑两个态间的谐振，因而给出了得到激发态信息的方法。 关键字TD 使用和上面CIS相同的选项。它可以用于HF和DFT计算。
第五单元定量研究化学反应测试题
第五单元定量研究化学反应测试题 1．本试卷包含选择题（第1题～第22题，共44分）、非选择题（第22题～第31题，共56分）两部分。本卷满分100分，考试时间为90分钟。 2．可能用到的相对原子质量： H 1 C 12 O 16 N 14 Cl 35.5 S 32 Zn 65 Fe 56 Mg 24 K 39 Mn 55 第Ⅰ卷（选择题 44分） 一、选择题（本大题包括20个小题，每小题只有一个选项符合题意，请将正确答案的序号填到第Ⅱ卷的表格中。） 1．关于质量守恒定律，下列叙述正确的是（） A.煤燃烧化为灰烬，该反应不符合质量守恒定律； B.24g镁在空气中完全燃烧生成40g氧化镁，实际消耗空气的质量为16g； C.无数实验证明化学反应都遵循质量守恒定律； D. 质量守恒定律只适合于有气体或固体生成的化学反应。 2．摩托罗拉公司研发了一种由甲醇为原料的新型手机电池，其容量为锂电池的10倍，可连续使用一个月才充一次电，其电池反应原理为： 2CH3OH + 3X + 4NaOH == 2Na2CO3 + 6H2O，其中X的化学式为（） A．O2 B．CO C．CO2 D．H2 3．化学方程式3Fe + 2O2Fe3O4可读作（） A．铁加氧气等于四氧化三铁 B．三个铁加两个氧气等于一个四氧化三铁 C．铁和氧气点燃后生成四氧化三铁 D．铁加氧气点燃等于四氧化三铁 4．如右图所示：2个甲分子反应生成1个丙分子和3个乙分子，下列判断不正确的是 A、反应生成的丙物质属于单质 B、参加反应的甲物质属于化合物 C、该反应中原子的种类发生了改变 D、根据质量守恒定律可推知，1个乙分子中 含有2个A原子 5．在化学反应C+O2==CO2中，若生成m个CO2分子，则参加反应的氧原子的个数是（） A、m B、2m C、m/2 D、4m 6．镁带在耐高温的密闭容器中加热（内含空气），下图中能正确表示容器里所盛物质总质量的是（）
鲁教版初中化学《第五单元 定量研究化学反应》测试题(有标准答案)
第五单元测试 （45分钟，100分） 一、选择题（本题包括10个小题，每小题3分，共30分） 1.下列验证质量守恒定律的实验中，能得出正确结论的是（） 图5-1 2.下列说法不正确的是（） A．用化学式表示化学反应的式子，叫做化学方程式 B．在化学方程式C+O2点燃CO2中，“点燃”不可改成“燃烧” C．化学方程式2H2O 通电 2H2↑+O2↑读作：水等于氢气加氧气 D．化学方程式S+O2点燃SO2↑中的“↑”应当去掉 3．现将20ｇA和足量B混合加热，A和B发生反应，20ｇA完全反应后生成16ｇC和9ｇD，则参加反应的A与B的质量比为（） A．1︰1 B．2︰1 C．4︰1 D．5︰1 4.四位同学正在讨论某一个化学方程式的意义，他们所描述的化学方程式是（）
图5-2 5.（四川泸州）某有机物在空气中完全燃烧，测得生成物中含有二氧化碳、水蒸气、二氧化硫，下列对该有机物的推断正确的是() A．一定含有碳、氢、硫元素 B．一定含有碳、氢、氧元素 C．只含有碳、氢元素 D．一定含有碳、氢、氧元素，可能含有硫元素 6．（山东日照，改编）图5-3为某反应在同一容器中反应前后微观示意图。下列说法不正确的是（） 图5-3 A．该反应前后原子的种类不变 B．该反应的化学方程式为Cl2+H2S＝S+2HCl C．化学反应前后分子种类保持不变 D．原子是化学变化中的最小粒子 7.将等容积、等质量（含瓶塞、导管、燃烧匙及瓶内少量的细砂）的两个集气瓶置于天平的左右两盘，并调至平衡，然后同时迅速放入点燃的等质量的白磷和木炭（如图5-4所示），使两者充分燃烧后冷却至室温，打开止水夹后，此时的天平（） 图5-4 A.指针偏向右 B.指针偏向左
鲁教版化学-九年级上册-第五单元定量研究化学反应练习
第五单元 定量研究化学反应 重难点1 运用质量守恒定律进行推断 (桂林)向原煤中加入适量生石灰制成“环保煤”，可减少二氧化硫的排放。生石灰吸收二 氧化硫的化学方程式为2CaO ＋m SO 2＋O 2===m CaSO 4，则m 的值是(B) A ．1 B ．2 C ．3 D ．4 (齐齐哈尔)在燃气中加入少量有特殊气味的乙硫醇(C 2H 5SH)，可在燃气泄漏时及时发现，其 燃烧的化学方程式为2C 2H 5SH ＋9O 2=====点燃 4CO 2＋2X ＋6H 2O ，则X 的化学式为(A) A ．SO 2 B ．CO C ．H 2S D ．SO 重难点2 有关质量守恒定律的微观反应示意图 (达州)一氧化碳在氧气中燃烧，火焰呈蓝色，同时放出大量的热，其反应的微观过程如图 所示。根据此图判断，下列说法正确的是(B) A ．该反应是置换反应 B ．化学反应前后元素的种类不变 C ．化学反应前后分子的种类和数目都不变 D ．发生反应前，一氧化碳和氧气的质量比是7∶4 重难点3 关于质量守恒定律的数据分析计算 (随州)在一个密闭容器中放入X 、Y 、Z 、W ，在一定条件下发生化学反应，一段时间后，测 得有关数据如下表。则关于此反应的认识错误的是(C) 物质 X Y Z W 反应前的质量/g 20 5 2 37 反应后的质量/g 待测 35 2 12 A ．物质Z 可能是该反应的催化剂 B ．待测物质的值为15 C ．物质Y 一定是单质 D ．反应中Y 、W 的质量比为6∶5 (恩施)现将10 g A 和足量的B 混合加热，A 和B 发生化学反应，10 g A 完全反应后生成8
Gaussian软件应用——基组的影响
Gaussian软件应用——基组的影响 第五章基组的影响 基组是体系内轨道的数学描述.大的基组由于对电子在空间上有小的限制而具有更大的精确性. 用于电子结构计算的标准的基组使用线性的高斯函数来模拟轨道. Gaussian提供大量的已经定义好的基组. 5.1 最小基组 最小基组包含了描述轨道的最少的函数数量. H: 1s C: 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz STO-3G是最小基组(虽然不是可能的最小基组),每一个基本函数中含有三个高斯函数,于是就有了3G的名称.STO代表Slater形的轨道,这样,STO-3G就表示采用三个高斯函数来描述Slater轨道. 5.2 分裂基组 增大基组的第一个方法就是增加每个原子基函数的数量.分裂基组,比如3-21G和6-31G,对于价键轨道都用两个函数来进行描述,比如 H: 1s, 1s' C: 1s, 2s, 2s', 2px, spy, spz, spx', spy', spz' 其中的主要轨道和非主要轨道在大小上不同. 双zeta基组,如Dunning-Huzinaga基组(D95),采用每个原子的两种不同大小的函数的线性组合来描述分子轨道.同样的,三重分裂基组,如6-311G,采用三个不同大小的收缩函数来描述轨道. 5.3 极化基组 分裂基组允许轨道改变其大小,但不能改变形状.极化基组则取消了这样的限制,增加了角动量.比如在碳原子上增加d轨道的成分,在过渡金属上增加f轨道成分.有些在氢原子上增加p轨道成分. 一般的,常用的极化基组是6-31G(d),这个基组来源与6-31G基组,并在其基础上,对于重原子增加了d轨道的成分.由于这个基组是中等大小的基组,在计算中很常用.这个基组也被称为6-31G*. 另一个常用的极化基组是6-31G(d,p),也称为6-31G**, 在前一个极化基组的基础上,在氢原子轨道中加入了p的成分. 注意,d轨道含有6个迪卡尔形式,表示的是五个纯粹的轨道. 迪卡尔: d(x2), d(y2), d(z2), d(xy), d(xz), d(yz) 看轨道: d(z2-r2), d(x2-y2), d(xy), d(xz), d(yz) 5.4 弥散函数(Diffuse Functions) J. Chem. Inf. Model. 2007, 47, 1045-1052 Basis Set Exchange: A Community Database for Computational Sciences 弥散函数是s和p轨道函数的大号的版本.他们允许轨道占据更大的空间.对于电子相对离原子核比较远的体系,如含有孤对电子的体系,负离子,以及其他带有明显负电荷的体系,激发态的体系,含有低的离子化能的体系,以及纯酸的体系等,弥散函数都有重要的应用. 6-31+G(d)基组表示的是6-31G(d)基组在重原子上加上弥散基组, 6-31G++(d)基组表示对于氢原子也加上弥散函数.这两者一般在精度上没有大的差别. 例5.1 文件e5_01 甲醇和甲氧基负离子的优化. 采用6-31G和6-31+G分别对二者进行优化.对于甲醇的结构,弥散函数没有明显的作用,而对于甲氧基负离子,弥散函数的使用明显改善了优化结果. 5.5 高角动量基组 现在使用的更大的基组,是在分裂基组基础上增加多个角动量.比如6-31G(2d)就是在6-31G基础上增加两个d轨道的函数,而6-311++G(3df,3pd)则增加了更多的极化函数,包括三个分裂的价键基组,在重原子和氢原子上加的弥散函数,在重原子上加的三个d函数和一个f函数,在氢原子上加的三个p函数和一个d函数.这样的基组在电子相关方法重对于描述电子之间的作用有很重要意义.这些基组一般不用于HF计算.
定量研究化学反应单元测试(含答案)
定量研究化学反应单元测试 （45分钟，100分） 一、选择题（本题包括10个小题，每小题3分，共30分） 1.下列验证质量守恒定律的实验中，能得出正确结论的是（） 图5-1 2.下列说法不正确的是（） A．用化学式表示化学反应的式子，叫做化学方程式 B．在化学方程式C+O2点燃CO2中，“点燃”不可改成“燃烧” C．化学方程式2H2O 通电 2H2↑+O2↑读作：水等于氢气加氧气 D．化学方程式S+O2点燃SO2↑中的“↑”应当去掉 3．现将20ｇA和足量B混合加热，A和B发生反应，20ｇA完全反应后生成16ｇC和9ｇD，则参加反应的A与B的质量比为（） A．1︰1 B．2︰1 C．4︰1 D．5︰1 4.四位同学正在讨论某一个化学方程式的意义，他们所描述的化学方程式是（） 图5-2 5.（四川泸州）某有机物在空气中完全燃烧，测得生成物中含有二氧化碳、水蒸气、二氧化硫，下列对该有机物的推断正确的是() A．一定含有碳、氢、硫元素B．一定含有碳、氢、氧元素 C．只含有碳、氢元素D．一定含有碳、氢、氧元素，可能含有硫元素
6．（山东日照，改编）图5-3为某反应在同一容器中反应前后微观示意图。下列说法不正确的是（） 图5-3 A．该反应前后原子的种类不变B．该反应的化学方程式为Cl2+H2S＝S+2HCl C．化学反应前后分子种类保持不变D．原子是化学变化中的最小粒子 7.将等容积、等质量（含瓶塞、导管、燃烧匙及瓶内少量的细砂）的两个集气瓶置于天平的左右两盘，并调至平衡，然后同时迅速放入点燃的等质量的白磷和木炭（如图5-4所示），使两者充分燃烧后冷却至室温，打开止水夹后，此时的天平（） 图5-4 A.指针偏向右 B.指针偏向左 C.仍处于平衡状态 D.指针先向左偏后向右偏8．嫦娥三号月球探测器于2013年12月2日凌晨在西昌卫星发射中心发射。嫦娥三号目标飞行器内镍氢电池的总反应式为H2+2NiO(OH)=═2Ni(OH)2，下列叙述不正确的是（）A．H2属于单质B．NiO(OH)中氢、氧元素的质量比为1∶2 C．Ni(OH)2中Ni化合价为+2价D．参加反应的H2、NiO(OH)的质量比为1∶92 9.（陕西，改编）雅安地震发生后，为确保大灾之后无大疫，灾区使用了大量的消毒剂ClO2。工业上制取ClO2的原理之一是：2NaClO3+4X===2NaCl+2ClO2+Cl2↑+2H2O。下列有关说法正确的是（） A.上述反应属于分解反应 B.ClO2中氯元素和氧元素的质量比为1∶2 C.X的化学式为HCl D.上述反应的生成物都是由分子构成的 10.以下应用守恒思想解决相关问题，推论正确的是（） A．14 g碳与32 g氧气反应，根据质量守恒推出生成的二氧化碳的质量为46 g B．聚乙烯燃烧生成二氧化碳和水，根据元素守恒推出聚乙烯由碳、氢、氧元素组成 C. 50 mL36%的盐酸用50 mL水稀释，根据溶质守恒推出稀盐酸的溶质质量分数为18% D.电解水生成H2和O2的分子数比为2∶l，根据原子守恒推出水分子中H、O原子数比为2∶1 二、填空与简答题（本题包括5个小题，共39分） 11.（8分）写出下列反应的化学方程式，并填空： （1）实验室用双氧水制取氧气；（2）镁在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和炭黑；收集镁条燃烧后的固体粉末于燃烧匙中，将其放于酒精灯的火焰上灼烧，并用内壁涂有澄清石灰水的烧杯罩在燃烧匙上方，澄清石灰水变浑浊，证明该固体粉末含碳元素。你认为该结论（填“正确”或“不正确”），理由是。
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