蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的量化计算研究——介绍一个计算化学实验

蒽与马来酸酐的Diels-Alder反应是基础有机化学实验课程中普遍开展的一个经典实验。本文推荐蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的计算化学实验,该实验采用Gaussian 16程序中的密度泛函方法对蒽和马来酸酐Diels-Alder反应的反应机理进行了研究。旨在通过本实验激发学生对有机化学和计算化学的兴趣,加深学生对化学学科的理解,提升学生在科研工作中学以致用的能力。

气相中ScS^(+)+H_(2)S→ScS^(+)_(2)+H_(2)反应机理的量子化学研究——介绍一个计算化学实验

计算化学在很多研究领域发挥着重要的作用,越来越多的学校开设了面向高年级本科生的计算化学实验.借助气相中ScS^(+)+H_(2)S→ScS^(+)_(2)+H_(2)反应机理的研究,让学生初步掌握采用量子化学方法研究反应机理的基本过程.过渡态的搜索是反应机理研究中的重点和难点,通过实例详细介绍了搜索过渡态的一般方法和思路.

应用量子化学和机器学习构建水分子势能面——介绍一个综合计算化学实验

当前机器学习在化学及其相关学科研究中的地位日渐提高,但是在本科化学实验中还未见涉及,现有的计算化学实验多侧重应用量子化学方法研究分子性质和化学反应。为了普及机器学习这一强大工具,本文将介绍一个综合计算化学实验,适用于高年级本科生或研究生。通过本实验,学生可以初步掌握机器学习的基本原理和操作流程,同时培养学生应用量子化学和机器学习解决化学问题的能力。

乙醇分子内及分子间脱水反应机理的计算化学实验研究

介绍了一个面向大三下或大四上本科生的计算化学探索性实验。通过研究乙醇分子内及分子间脱水反应机理,从分子水平理解醇脱水反应过程中酸催化剂的作用机制和反应的能量路径。通过本实验,使学生初步掌握量子化学计算通用软件高斯(Gaussian)的使用方法,掌握结构优化、频率计算、过渡态搜索等基本计算操作,并学会采用量子化学计算手段来研究化学反应的基本过程,为将来科研工作打下重要基础。

H_3反应势能面的构建——计算化学实验设计

介绍一个针对高年级本科生的物理化学探索性实验。通过计算化学手段构建H3反应势能面,使学生初步掌握Gaussian03W,Gaussview5.0和Origin软件的使用,深入理解反应过渡态理论,并进一步了解目前势能面的研究动态。

计算化学实验的课程建设

随着理论化学方法和计算机软硬件技术的迅猛发展,计算化学作为一个新的分支在化学科学的研究中发挥着越来越重要的作用。为适应化学学科的发展,清华大学化学系在原有计算化学导论理论课程的基础上,从2013年开始增设了面向本科生的计算化学实验课程,旨在培养学生应用计算科学方法开展前沿科学研究的实践能力。本课程以最为流行的量子化学软件Gaussian程序为载体,围绕计算化学有别于传统实验化学研究的主要特点——创建初始结构及最优结构——开展实验教学,开展系统的计算化学的科研训练。几年的教学科研实践表明,开设针对本科生的计算化学实验的课程有利于开拓学生的视野和研究兴趣,对培养学生的创新思维能力和理论与实践相结合的研究能力发挥了重要的作用。

计算化学实验线上线下混合教学模式的探究与实践

计算化学实验是以分子模拟为工具,通过“实验、计算、理论”协同作用来解决各种核心化学问题的实验课程。在新冠疫情防控常态化的大背景下,为提高计算化学实验课程的教学质量,我们基于本课程组前期的教学论文,结合本校的教学实践,对计算化学实验课程进行了教学改革实践。重新设计和整合教学资源,录制了实验讲座的微视频,对课前、课中和课后三个阶段的学习内容进行设计,并依托超星学习通平台构建了“计算化学实验”网络课程。教学实践表明,通过将传统课堂教学与线上教学混合教学模式的实施,实现了从“教师讲授为主”向“学生自主学习为主”的模式转变,从而提高学生运用结构化学的原理和方法来分析、解决问题的能力,培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。我们的教学改革实践取得了良好的教学效果,也为高校教学改革提供一些参考。

绝对硬度的量化探究——介绍一个计算化学实验

介绍了利用Gaussian软件定量研究软硬酸碱中化合物硬度的实验设计,涉及化合物的构型优化和高精度单点能计算。旨在通过本实验,学生能够初步掌握运用量子化学计算绝对硬度的基本步骤,加深对软硬酸碱理论的理解,为今后从事相关科研工作打下基础。

氢气和氧气生成气态水反应热力学函数的高水平量化计算研究——介绍一个计算化学实验

结合教学实践,介绍一个面向高年级本科生的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其配套软件Gauss View和Ultra Edit,计算H_2(g)+1/2O_2(g)→H_2O(g)反应的内能、焓、熵、吉布斯自由能等热力学函数的变化值。旨在通过本实验,使学生初步掌握运用高水平量子化学计算方法进行构型优化、频率计算和能量计算的方法。

甲醛分子的结构和性质的计算化学研究——介绍一个计算化学实验

介绍一个为化学专业本科生设计的、运用通用量子化学软件Gaussian和GaussView完成的计算化学实验。实验内容包括最基本的构型优化、频率计算和电子结构分析。旨在通过本实验,使学生初步掌握用量子化学计算方法研究分子结构和性质的基本过程,并能在将来的科研工作中学以致用。

对普通本科院校开设计算化学实验的思考

计算化学已成为化学、物理、生物、材料等专业最活跃的研究领域之一,是目前重要的科研手段和实验方法.本文分析了普通本科院校开设计算化学实验的可行性和必要性,并提出了开设计算化学实验应注意的问题.

主族元素AB_(4)型含氧酸根的成键分析--推荐一个研究型计算化学实验

介绍了一个面向高年级本科生的研究型计算化学实验。主族元素AB4型含氧酸根是无机和结构化学理论课程中讨论化学键类型的例子,然而其结果却存在争议。本实验利用常用量子化学软件,通过计算化学方法分析化学成键,验证猜测,并得出结论。旨在通过本实验,锻炼学生对量子化学计算方法的运用,进而加深对化学基础知识的理解。

计算化学实验中课程思政的案例设计

为了深入贯彻落实习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的重要讲话精神,实现思想政治理论课与各类课程同向同行、协同育人,通过三个不同案例的理论知识点分别与我国化学史、我国科学家显著性的研究成果及教师本人的研究成果相结合,探讨了计算化学实验中思想政治的引入方式。专业理论知识和思想政治内容的完美结合,提高了学生对专业课的学习热情,培养了学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感,同时能够使学生更加明确目标,对未来人生进行长远规划。

Cu-Zn原电池标准电动势测定实验的计算化学设计

基于量子化学计算软件Gaussian 16,对“电动势的测定”这一经典物理化学实验进行了计算化学设计。用密度泛函方法计算了Cu^(2+)和Zn^(2+)的溶剂化自由能,通过热力学循环计算得到电池反应的标准摩尔吉布斯自由能变,进而求出Cu-Zn原电池的标准电动势。该实验旨在帮助学生加深对标准摩尔吉布斯自由能、电极电势和能斯特方程等物理化学基本概念的理解,发挥学生的主观能动性,培养学生设计实验能力、动手实践能力以及科学思维。

量子化学计算实验设计及催化反应路径研究

本文介绍了一个面向新时代高年级本科生的量子化学计算实验,通过量子化学计算方法,结合电催化氮还原反应的知识,从电子、原子尺度上研究铁掺杂二氧化钛催化氮还原反应过程的反应机理,揭示其最优的催化反应路径。通过此实验,使得学生能够更加深刻的理解量子化学与物理化学的相关知识,帮助学生了解有关量子化学计算的概念与基本操作技能,尤其是对如何利用量子化学方法,确定催化过程反应路径的问题有更深层次的理解,提高了学生将计算化学基本理论知识应用于研究实际催化反应过程的能力。

计算机辅助物理化学实验教学的尝试

本文简述了在物理化学实验教学改革中充分运用CACE(计算机辅助化学实验 )测量系统于各个实验教学环节中 ,提高了教学效率 ,强化了教学效果 ,加快了计算机在物理化学实验教学中的应用 .

计算机模拟化学实验室建设的思考

从建设目标、基本功能、技术实现等方面叙述了计算机模拟化学实验室的设计和建设.计算机模拟化学实验室具有普通实验室未具有的优点,是对普通实验室功能的有效补充和发展,因此应该成为中国化学研究人员和化学教育工作者的重要任务.并从化学实验教学的角度对该类实验室的建设进行讨论,提出初步的设想.

HCN与HNC异构化反应活化能的量化计算实验

结合计算化学教学内容,介绍一个面向高年级本科生的与化学动力学相关的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化软件Gauss View和文本编辑器Ultra Edit,通过量子化学方法搜索HCN■HNC异构化反应的过渡态。计算反应物(HCN)、过渡态(TS)和产物(HNC)的能量,从而求算反应的活化能。旨在通过本实验,使学生初步掌握运用量子化学计算方法求算化学反应活化能的思路和方法。

构建现代物理化学实验教学新体系

以溶解热的测定实验为例,介绍了计算机辅助化学实验(CACE)方法。该方法可应用到开放性的现代物理化学实验教学新体系的全过程中,如多媒体课件或网站教与学、网上评阅交流论文、CAD设计绘图、Origin and Excel收集分析处理数据等。由于该方法比传统方法高效、省时、偶然误差小等优点,应用前景广阔。

势能面的构建:介绍一个计算化学综合实验

介绍了山东大学国家一流课程分子模拟实验中的一个计算化学综合实验--势能面的构建。势能面作为连接量子化学计算与分子动力学模拟之间的桥梁,是分子模拟中最重要的一个基本概念,同时其涉及物理化学和理论化学中的诸多概念。通过典型实验构建几种体系的势能面对于学生深入理解其物理意义有重要帮助,同时在实验教学中结合山东大学理论计算化学前辈邓从豪的案例融入课程思政元素,以期培养学生求实创新严谨的科学态度,树立正确的人生价值观、家国情怀,以及自觉承担国家科技发展的责任意识。