GATE 化学考试大纲

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课程大纲

A 节：物理化学

单元 1：结构

• 量子力学基本假设

• 含时和不含时薛定谔方程

• 玻恩诠释

• 无限深势阱中的粒子

• 谐振子

• 刚性转子

• 氢原子：原子轨道

• 多电子原子：轨道近似

• 变分法和一阶微扰技术

• 化学键：价键理论和 LCAO-MO 理论

• 杂化轨道

• LCAO-MOT 应用于 H₂₊、H₂ 及其他同核双原子分子，异核双原子分子如 HF、CO、NO，以及简单的离域 π 电子体系

• 休克尔近似及其在环状 π 电子体系中的应用

• 对称元素和运算

• 点群和字符表

• 双原子和多原子分子旋转、振动、电子和拉曼光谱选择定则的起源

• 爱因斯坦系数

• 跃迁矩积分与摩尔消光系数和振子强度的关系

• 核磁共振的基本原理：核 g 因子，化学位移，核耦合

单元 2：平衡

• 热力学定律
• 标准态
• 热化学
• 热力学函数及其关系 −
  • 吉布斯-亥姆霍兹关系和麦克斯韦关系
  • 范特霍夫方程
• 自发性和平衡的判据
• 绝对熵
• 偏摩尔量
• 混合热力学
• 化学势
• 逸度、活度和活度系数
• 化学平衡
• 平衡常数对温度和压力的依赖性
• 非理想溶液
• 离子迁移率和电导率
• 德拜-休克尔极限规律
• 德拜-休克尔-翁萨格方程
• 标准电极电势和电化学电池
• 电位法和电导法滴定
• 相律
• 克劳修斯-克拉珀龙方程
• 单组分体系相图：CO₂、H₂O、S
• 双组分体系 −
  • 液-气系统
  • 液-液系统
  • 固-液系统
• 分馏
• 共沸物和共晶
• 统计热力学 −
  • 微正则系综和正则系综
  • 玻尔兹曼分布
  • 配分函数
  • 热力学性质

单元 3：动力学

• 过渡态理论 −
  • 艾林方程
  • 热力学方面
• 势能面和经典轨迹
• 基元反应、平行反应、对峙反应和连续反应
• 稳态近似
• 复杂反应机理
• 单分子反应
• 聚合反应和酶催化的动力学
• 快速反应动力学：弛豫法和流动法
• 光化学和光物理过程的动力学

单元 4：表面与界面

• 物理吸附和化学吸附
• 朗缪尔、弗伦德利希和 BET 等温线
• 表面催化：朗缪尔-欣谢尔伍德机理
• 表面张力、粘度
• 自组装
• 胶体、胶束和大分子物理化学

B 节：无机化学

单元 1：主族元素

• 氢化物、卤化物、氧化物、含氧酸、氮化物、硫化物——形状和反应性

• 硼烷、碳硼烷、硅酮、硅酸盐、氮化硼、硼氮杂环和磷腈的结构和键合

• 碳的同素异形体

• 稀有气体、拟卤素和互卤化物的化学

• 酸碱概念

单元 2：过渡元素

• 配位化学 −

  • 结构和异构现象

  • 键合理论 (VBT、CFT 和 MOT)

• 不同晶体场中的能级图，CFSE，CFT 的应用， Jahn-Teller 畸变

• 过渡金属配合物的电子光谱 −

  • 光谱项符号

  • 选择定则

  • 奥格尔图

  • 电荷转移光谱

• 过渡金属配合物的磁性

• 反应机理 −

  • 动力学和热力学稳定性

  • 取代反应和氧化还原反应

单元 3：镧系元素和锕系元素

• 提取
• 周期性性质
• 光谱性质
• 磁性

单元 4：有机金属化合物

• 18 电子规则
  • 金属-烷基
  • 金属-羰基
  • 金属-烯烃和金属卡宾配合物
  • 金属茂
• 有机金属配合物的动态变化
• 有机金属反应类型
• 均相催化 −
  • 氢化
  • 羰基合成
  • 乙酸合成
  • 复分解和烯烃氧化
• 多相催化 −
  • 费托合成
  • 齐格勒-纳塔聚合

单元 5：放射性

• 衰变过程
• 放射性元素的半衰期
• 裂变和聚变过程

单元 6：生物无机化学

• 离子 (Na⁺ 和 K⁺) 转运
• 氧结合
• 转运和利用
• 电子转移反应
• 固氮
• 含以下金属的金属酶 −
  • 镁
  • 钼
  • 铁
  • 钴
  • 铜
  • 锌

单元 7：固体

• 晶系和晶格
• 密勒指数
• 晶体堆积
• 晶体缺陷
• 布拉格定律
• 离子晶体
• AX、AX2、ABX3 型化合物的结构
• 尖晶石
• 能带理论
• 金属
• 半导体

单元 8：仪器分析方法

• 紫外-可见分光光度法
• 核磁共振和电子顺磁共振波谱
• 质谱法
• 色谱法，包括气相色谱和高效液相色谱
• 电分析法 −
  • 极谱法
  • 循环伏安法
  • 离子选择性电极
• 热分析方法

C 节：有机化学

单元 1：立体化学

• 具有或不具有手性中心的分子手性及其绝对构型的测定

• 具有多个立体异构中心的化合物的相对立体化学

• 同位素原子、基团和面

• 立体选择性和立体特异性合成

• 无环和环状化合物的构象分析

• 几何异构

• 构型和构象效应以及邻基参与对反应性和选择性/特异性的影响

单元 2：反应机理

• 基本机理概念 −

  • 动力学控制与热力学控制

  • 哈蒙德假设和库尔丁-哈默特原理

• 通过产物、中间体和同位素标记鉴定反应机理的方法

• 亲核取代反应和亲电取代反应（芳香族和脂肪族）

• 加成反应到碳-碳和碳-杂原子 (N, O) 多重键

• 消除反应

• 反应中间体 −

  • 碳正离子

  • 碳负离子

  • 卡宾

  • 氮宾

  • 苯炔

  • 自由基

• 涉及缺电子原子的分子重排

单元 3：有机合成

• 涉及以下类型化合物的合成、反应、机理和选择性 −

  • 烯烃

  • 炔烃

  • 芳烃

  • 醇

  • 酚

  • 醛

  • 酮

  • 羧酸

  • 酯

  • 腈

  • 卤化物

  • 硝基化合物

  • 胺和酰胺

• Mg、Li、Cu、B、Zn 和 Si 基试剂在有机合成中的用途

• 通过偶联反应形成碳-碳键 - Heck、Suzuki、Stille 和 Sonogoshira

• 多步合成的概念 −

  • 逆合成分析

  • 战略性断键

  • 合成子与合成等价物

• Umpolung反应性 - 甲酰基和酰基负离子等价物

• 有机合成中的选择性 - 化学选择性、区域选择性和立体选择性

• 官能团的保护和脱保护

• 不对称合成概念 - 分离（包括酶促）、去对称化和手性助剂的使用

• 通过烯醇化物（包括硼烯醇化物）、烯胺和硅烯醇醚形成碳-碳键的反应。

• 迈克尔加成反应

• 对 C=O 基团的立体选择性加成（Cram 和 Felkin-Anh 模型）

单元 4：周环反应和光化学

• 电环化、环加成和σ迁移反应
• 轨道相关性 - FMO 和 PMO 处理
• 烯烃、芳烃和羰基化合物的化学
• 光氧化和光还原
• 双-π-甲烷重排，巴顿反应

单元 5：杂环化合物

• 结构
• 制备
• 呋喃的性质和反应
• 吡咯
• 噻吩
• 吡啶
• 吲哚
• 喹啉
• 异喹啉

单元 6：生物分子

• 结构
• 单糖和二糖的性质和反应
• 氨基酸的物理化学性质
• 肽的化学合成
• 蛋白质的结构特征
• 核酸
• 类固醇
• 萜类
• 类胡萝卜素
• 生物碱

单元 7：光谱学

• 紫外-可见光谱、红外光谱、核磁共振谱和质谱在有机分子结构测定中的应用

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