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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