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绪论 1

0.1 什么是计算化学 1

0.2 计算机在化学中的应用及其发展 2

0.3 计算化学的研究内容和方法 6

上篇：化学中常用的数值计算方法 11

第一章 代数方程及代数方程组的求解 11

1.1 一元N次（N>2）非线性方程的求解 11

1.1.1 二分法 12

1.1.1.1 方法原理 12

1.1.1.2 程序框图及源程序 14

1.1.1.3 应用示例 16

1.1.2 牛顿-拉弗森迭代法 22

1.1.2.1 方法原理 22

1.1.2.2 程序框图及源程序 23

1.1.2.3 应用示例 26

1.2 解线性方程组的方法 29

1.2.1 选主元的高斯消去法 30

1.2.1.1 方法原理 30

1.2.1.2 程序框图及源程序 33

1.2.1.3 应用示例 34

1.2.2 高斯-赛德尔迭代法 42

1.2.2.1 方法原理 42

1.2.2.2 程序框图及源程序 44

1.2.2.3 应用示例 45

习题 48

第二章 实验数据的处理及模型参数的确定 50

2.1 插值法 50

2.1.1 线性插值 51

2.1.1.1 方法原理 51

2.1.1.2 程序框图及源程序 52

2.1.1.3 应用示例 54

2.1.2 拉格朗日插值多项式 56

2.1.2.1 一元拉格朗日插值 56

2.1.2.2 二元三点拉格朗日插值 61

2.2 回归分析和曲线拟合 65

2.2.1 一元线性回归分析 66

2.2.1.1 方法原理 67

2.2.1.2 程序框图及源程序 72

2.2.1.3 线性模型的推广 74

2.2.1.4 应用示例 74

2.2.2 多元线性回归 79

2.2.2.1 方法原理 79

2.2.2.2 可化为多元回归的问题 82

2.2.2.3 程序框图及源程序 82

2.2.2.4 应用示例 85

2.2.3 多项式拟合简介 89

2.2.3.1 方法原理 89

2.2.3.2 源程序 90

2.2.3.3 应用示例 92

2.3 数值微分 93

2.3.1 方法原理 94

2.3.2 程序框图及源程序 95

2.3.3 应用示例 96

习题 99

第三章 数值积分与常微分方程的数值解法 103

3.1 数值积分 103

3.1.1 梯形法原理简介 104

3.1.2 辛普森法 105

3.1.2.1 方法原理 105

3.1.2.2 程序框图及源程序 106

3.1.2.3 应用示例 108

3.1.3 离散点数据的求积 109

3.1.3.1 方法原理 109

3.1.3.2 程序框图及源程序 110

3.1.3.3 应用示例 111

3.2 常微分方程的数值解法 114

3.2.1 欧拉法及其改进 116

3.2.1.1 方法原理 116

3.2.1.2 程序框图及源程序 117

3.2.1.3 应用示例 118

3.2.2 龙格-库塔法解常微分方程及一阶常微分方程组 120

3.2.2.1 方法原理 120

3.2.2.2 程序框图及源程序 122

3.2.2.3 应用示例 123

习题 128

第四章 本征值和本征向量 131

4.1 本征值和本征向量的数值解法 131

4.1.1 行列式求值法 131

4.1.2 求实对称矩阵本征值问题的雅可比方法 132

4.1.2.1 方法原理 132

4.1.2.2 源程序 133

4.2 应用示例 135

4.2.1 休克尔分子轨道理论（HMO） 135

4.2.2 质子NMR谱的模拟 143

习题 147

第五章 化学化工中的常用软件和网络资源 148

5.1 化学中常用的软件简介 148

5.1.1 化学结构式与分子图形编辑软件 148

5.1.1.1 ChemWindow软件使用简介 149

5.1.1.2 CS ChemOffice软件使用简介 153

5.1.2 数据处理软件 157

5.1.2.1 Origin 7.0版本的特点 157

5.1.2.2 Origin 7.0工作环境 158

5.1.2.3 Origin 7.0应用实例 160

5.1.3 文献管理软件 162

5.1.4 图谱解析软件 162

5.1.5 计算机辅助教学软件 163

5.1.6 量子化学计算软件 163

5.1.7 分子模拟计算软件 167

5.2 Internet网络上的化学化工资源 168

5.2.1 Internet概述 168

5.2.2 Internet资源指南 168

5.2.3 化学化工文献联机检索 170

5.2.4 网上的图书、期刊、研究报告 170

5.2.5 网上专利、技术标准 172

5.2.6 网上数据库 172

5.2.7 其他 173

习题 174

第六章 最优化方法在化学化工中的应用简介 175

6.1 最优化方法基本原理 175

6.1.1 最优化与化学的关系 175

6.1.2 多元函数的一维寻查方法 176

6.2 单纯形法及其在化学中的应用 177

6.2.1 方法原理 177

6.2.2 应用示例 179

6.2.2.1 钒点滴试验最佳条件的搜索 179

6.2.2.2 石油裂解的最佳产值条件的优化 180

6.2.2.3 色谱分离的顺序优化 182

6.3 化工调优操作及其应用 184

6.3.1 调优操作 184

6.3.2 统计调优法 185

6.3.2.1 方法步骤 185

6.3.2.2 应用示例 187

6.3.3 模拟调优法 190

6.3.3.1 方法步骤 190

6.3.3.2 应用示例 191

习题 193

第七章 化学化工过程计算机模拟简介 194

7.1 化学中计算机模拟方法简介 194

7.1.1 蒙特卡罗方法简介 195

7.1.1.1 基本原理 195

7.1.1.2 应用示例 198

7.1.2 分子动力学模拟方法简介 203

7.2 化工过程模拟简介 207

7.2.1 化工流程稳态模拟 207

7.2.2 化工流程动态模拟 210

7.3 化学过程计算机模拟应用实例 211

7.3.1 二组元理想液态混合物气-液相平衡相图的计算机模拟 211

7.3.1.1 计算原理 211

7.3.1.2 计算实例 212

7.3.2 二组元非理想液态混合物气-液相平衡相图的计算机模拟 213

7.3.2.1 二组元非理想液态混合物各组分活度系数的计算 214

7.3.2.2 具有较大偏差的二元系统恒沸状态的判据及其参数计算 218

7.3.3 复杂反应动力学的计算及过程的计算机模拟 220

7.3.3.1 平行反应动力学的计算机模拟 221

7.3.3.2 连续反应动力学的计算机模拟 224

7.3.3.3 对峙放热反应的最适宜温度的计算 227

7.3.4 气相色谱仪及其实验过程的仿真 231

7.3.4.1 计算模型 233

7.3.4.2 仿真流程和程序框图 236

7.3.4.3 计算实例和结果分析 237

习题 240

下篇：化学应用计算实例及实践 243

第八章 无机化学计算实例 243

8.1 溶液浓度的计算 243

8.2 由元素分析而得的所有经验式推导 245

8.3 由元素分析而得的合理经验式推导 247

8.4 二元化合物的经验式的推导 250

8.5 无机定性分析步骤的模拟 253

8.6 稀溶液依数性的计算 257

8.7 用元素分析法确定有机混合物的组成 259

第九章 分析化学计算实例 264

9.1 滴定曲线分析 264

9.2 氧化还原滴定曲线的计算 268

9.3 弱酸及其相应共轭碱钠盐的水溶液平衡 272

9.4 质谱法测定混合物系统中各组分的含量 278

9.5 ABC分子体系NMR图谱的模拟 285

第十章 有机化学计算实例 296

10.1 关于有机合成路线的探索 296

10.2 寻找最佳有机合成路线 301

10.3 有机物质精馏的计算 307

10.4 硝酸铀酰和硝酸在水相和TBP-煤油间的分配平衡的计算 311

第十一章 物理化学计算实例 319

11.1 范德瓦耳斯状态方程计算实际气体摩尔体积 319

11.2 纯气体逸度的计算 322

11.3 基尔霍夫定律的应用——指定温度下化学反应焓的计算 325

11.4 燃烧焓测定的实验数据处理 328

11.5 物质绝热燃烧反应最高火焰温度的计算 334

11.6 物质标准熵（量热熵）的计算 339

11.7 多组元系统中某组元偏摩尔体积的计算 346

11.8 单原子和双原子光谱熵的计算 350

11.9 物质标准摩尔自由能函数和焓函数的计算 354

11.10 纯物质两相平衡时克拉贝龙-克劳修斯方程式的应用 359

11.11 二组元气-液平衡实验数据的拟合与相图模拟 362

11.12 二元理想液态混合物泡点温度的计算 368

11.13 求化学平衡与相平衡体系中的独立组分数和独立方程 372

11.14 化学反应平衡常数计算 378

11.15 微分法确定化学反应的动力学方程式 382

11.16 积分法确定化学反应的动力学方程式 386

11.17 半衰期法确定化学反应的动力学方程式 390

11.18 多相催化反应动力学参数的确定 395

11.19 苯的热裂解脱氢反应的动力学 403

11.20 一级反应的蒙特卡罗法模拟 407

11.21 强电解质溶液无限稀释摩尔电导率的计算 415

11.22 强电解质水溶液离子平均活度系数的计算 418

11.23 原电池热力学计算 423

11.24 固体对气体的等温吸附方程计算 427

11.25 固体对气体的等温吸附方程及催化剂比表面积的计算 431

11.26 最优化方法确定等温吸附方程式中的参数 437

第十二章 结构化学计算实例 443

12.1 电子云空间分布的描绘 443

12.2 类氢原子轨道径向分布函数曲线的模拟 450

12.3 分子结构-性能的多元线性回归分析 455

12.4 一维有限势箱中粒子的能级和波函数计算 463

附录 470

附录1 常用的计算化学期刊、文献及网址 470

附录2 算法和计算机语言简介 483

附录3 数值计算误差简介 485

附录4 构造算法与编程中应注意的几个问题 487

附录5 算例索引 488

附录6 子程序索引 491

附录7 部分源程序（Object Pascal） 492

参考文献 558