GATE 化學考試大綱

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課程大綱

A 節：物理化學

單元 1：結構

• 量子力學基本假設

• 含時和不含時薛定諤方程

• 玻恩詮釋

• 無限深勢阱中的粒子

• 諧振子

• 剛性轉子

• 氫原子：原子軌道

• 多電子原子：軌道近似

• 變分法和一階微擾技術

• 化學鍵：價鍵理論和 LCAO-MO 理論

• 雜化軌道

• LCAO-MOT 應用於 H₂₊、H₂ 及其他同核雙原子分子，異核雙原子分子如 HF、CO、NO，以及簡單的離域 π 電子體系

• 休克爾近似及其在環狀 π 電子體系中的應用

• 對稱元素和運算

• 點群和字元表

• 雙原子和多原子分子旋轉、振動、電子和拉曼光譜選擇定則的起源

• 愛因斯坦係數

• 躍遷矩積分與摩爾消光係數和振子強度的關係

• 核磁共振的基本原理：核 g 因子，化學位移，核耦合

單元 2：平衡

• 熱力學定律
• 標準態
• 熱化學
• 熱力學函式及其關係 −
  • 吉布斯-亥姆霍茲關係和麥克斯韋關係
  • 範特霍夫方程
• 自發性和平衡的判據
• 絕對熵
• 偏摩爾量
• 混合熱力學
• 化學勢
• 逸度、活度和活度係數
• 化學平衡
• 平衡常數對溫度和壓力的依賴性
• 非理想溶液
• 離子遷移率和電導率
• 德拜-休克爾極限規律
• 德拜-休克爾-翁薩格方程
• 標準電極電勢和電化學電池
• 電位法和電導法滴定
• 相律
• 克勞修斯-克拉珀龍方程
• 單組分體系相圖：CO₂、H₂O、S
• 雙組分體系 −
  • 液-氣系統
  • 液-液系統
  • 固-液系統
• 分餾
• 共沸物和共晶
• 統計熱力學 −
  • 微正則系綜和正則系綜
  • 玻爾茲曼分佈
  • 配分函式
  • 熱力學性質

單元 3：動力學

• 過渡態理論 −
  • 艾林方程
  • 熱力學方面
• 勢能面和經典軌跡
• 基元反應、平行反應、對峙反應和連續反應
• 穩態近似
• 複雜反應機理
• 單分子反應
• 聚合反應和酶催化的動力學
• 快速反應動力學：弛豫法和流動法
• 光化學和光物理過程的動力學

單元 4：表面與介面

• 物理吸附和化學吸附
• 朗繆爾、弗倫德利希和 BET 等溫線
• 表面催化：朗繆爾-欣謝爾伍德機理
• 表面張力、粘度
• 自組裝
• 膠體、膠束和大分子物理化學

B 節：無機化學

單元 1：主族元素

• 氫化物、鹵化物、氧化物、含氧酸、氮化物、硫化物——形狀和反應性

• 硼烷、碳硼烷、矽酮、矽酸鹽、氮化硼、硼氮雜環和磷腈的結構和鍵合

• 碳的同素異形體

• 稀有氣體、擬鹵素和互鹵化物的化學

• 酸鹼概念

單元 2：過渡元素

• 配位化學 −

  • 結構和異構現象

  • 鍵合理論 (VBT、CFT 和 MOT)

• 不同晶體場中的能級圖，CFSE，CFT 的應用， Jahn-Teller 畸變

• 過渡金屬配合物的電子光譜 −

  • 光譜項符號

  • 選擇定則

  • 奧格爾圖

  • 電荷轉移光譜

• 過渡金屬配合物的磁性

• 反應機理 −

  • 動力學和熱力學穩定性

  • 取代反應和氧化還原反應

單元 3：鑭系元素和錒系元素

• 提取
• 週期性性質
• 光譜性質
• 磁性

單元 4：有機金屬化合物

• 18 電子規則
  • 金屬-烷基
  • 金屬-羰基
  • 金屬-烯烴和金屬卡賓配合物
  • 金屬茂
• 有機金屬配合物的動態變化
• 有機金屬反應型別
• 均相催化 −
  • 氫化
  • 羰基合成
  • 乙酸合成
  • 複分解和烯烴氧化
• 多相催化 −
  • 費託合成
  • 齊格勒-納塔聚合

單元 5：放射性

• 衰變過程
• 放射性元素的半衰期
• 裂變和聚變過程

單元 6：生物無機化學

• 離子 (Na⁺ 和 K⁺) 轉運
• 氧結合
• 轉運和利用
• 電子轉移反應
• 固氮
• 含以下金屬的金屬酶 −
  • 鎂
  • 鉬
  • 鐵
  • 鈷
  • 銅
  • 鋅

單元 7：固體

• 晶系和晶格
• 密勒指數
• 晶體堆積
• 晶體缺陷
• 布拉格定律
• 離子晶體
• AX、AX2、ABX3 型化合物的結構
• 尖晶石
• 能帶理論
• 金屬
• 半導體

單元 8：儀器分析方法

• 紫外-可見分光光度法
• 核磁共振和電子順磁共振波譜
• 質譜法
• 色譜法，包括氣相色譜和高效液相色譜
• 電分析法 −
  • 極譜法
  • 迴圈伏安法
  • 離子選擇性電極
• 熱分析方法

C 節：有機化學

單元 1：立體化學

• 具有或不具有手性中心的分子手性及其絕對構型的測定

• 具有多個立體異構中心的化合物的相對立體化學

• 同位素原子、基團和麵

• 立體選擇性和立體特異性合成

• 無環和環狀化合物的構象分析

• 幾何異構

• 構型和構象效應以及鄰基參與對反應性和選擇性/特異性的影響

單元 2：反應機理

• 基本機理概念 −

  • 動力學控制與熱力學控制

  • 哈蒙德假設和庫爾丁-哈默特原理

• 透過產物、中間體和同位素標記鑑定反應機理的方法

• 親核取代反應和親電取代反應（芳香族和脂肪族）

• 加成反應到碳-碳和碳-雜原子 (N, O) 多重鍵

• 消除反應

• 反應中間體 −

  • 碳正離子

  • 碳負離子

  • 卡賓

  • 氮賓

  • 苯炔

  • 自由基

• 涉及缺電子原子的分子重排

單元 3：有機合成

• 涉及以下型別化合物的合成、反應、機理和選擇性 −

  • 烯烴

  • 炔烴

  • 芳烴

  • 醇

  • 酚

  • 醛

  • 酮

  • 羧酸

  • 酯

  • 腈

  • 鹵化物

  • 硝基化合物

  • 胺和醯胺

• Mg、Li、Cu、B、Zn 和 Si 基試劑在有機合成中的用途

• 透過偶聯反應形成碳-碳鍵 - Heck、Suzuki、Stille 和 Sonogoshira

• 多步合成的概念 −

  • 逆合成分析

  • 戰略性斷鍵

  • 合成子與合成等價物

• Umpolung反應性 - 甲醯基和醯基負離子等價物

• 有機合成中的選擇性 - 化學選擇性、區域選擇性和立體選擇性

• 官能團的保護和脫保護

• 不對稱合成概念 - 分離（包括酶促）、去對稱化和手性助劑的使用

• 透過烯醇化物（包括硼烯醇化物）、烯胺和矽烯醇醚形成碳-碳鍵的反應。

• 邁克爾加成反應

• 對 C=O 基團的立體選擇性加成（Cram 和 Felkin-Anh 模型）

單元 4：周環反應和光化學

• 電環化、環加成和σ遷移反應
• 軌道相關性 - FMO 和 PMO 處理
• 烯烴、芳烴和羰基化合物的化學
• 光氧化和光還原
• 雙-π-甲烷重排，巴頓反應

單元 5：雜環化合物

• 結構
• 製備
• 呋喃的性質和反應
• 吡咯
• 噻吩
• 吡啶
• 吲哚
• 喹啉
• 異喹啉

單元 6：生物分子

• 結構
• 單糖和二糖的性質和反應
• 氨基酸的物理化學性質
• 肽的化學合成
• 蛋白質的結構特徵
• 核酸
• 類固醇
• 萜類
• 類胡蘿蔔素
• 生物鹼

單元 7：光譜學

• 紫外-可見光譜、紅外光譜、核磁共振譜和質譜在有機分子結構測定中的應用

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