到達目標
1. 気体の性質について理解できる。
2. 熱力学について理解できる。
3. 反応速度の理論的な考え方が理解できる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1
気体の性質について理解できる。 | 気体の性質について完全に理解できる。 | 気体の性質についてしっかりと理解できる。 | 気体の性質についてしっかりと理解できない。 |
| 評価項目2
熱力学について理解できる。 | 熱力学について完全に理解できる。 | 熱力学についてしっかりと理解できる。 | 熱力学についてしっかりと理解できない。 |
| 評価項目3
反応速度の理論的な考え方が理解できる。 | 反応速度の理論的な考え方が完全に理解できる。 | 反応速度の理論的な考え方がしっかりと理解できる。 | 反応速度の理論的な考え方がしっかりと理解できない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 物質化学工学科の教育目標 ①
説明
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学習・教育到達度目標 本科の教育目標 ③
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教育方法等
概要:
はじめに気体の性質について概観した上で，化学変化でのエネルギー移動を議論する上での基礎となる熱力学第１法則について学ぶ。基礎理論を学んだ後に，化学変化に伴う熱の移動（反応熱）の取り扱いを学ぶ。次に，化学変化の方向性を議論する上での基礎となる熱力学第２法則について学ぶ。特に，エントロピーの概念を確実に理解する。次に，熱力学とともに物理化学の基礎をなす反応速度論について学ぶ。
授業の進め方・方法:
物理化学の基本となる事項について，その基礎概念を理解するとともに，具体的な問題を把握して必要な数値等を正しく求められる能力を演習により身につける。３年次の物理化学では次の項目を扱う：気体の性質，熱力学第１法則，熱化学，熱力学第２法則，反応速度。
注意点:
・物理化学の学習では，抽象的な論理を漠然と追うのではなく，演習問題にしっかり取り組んで計算法を身につけることで論理的な理解も深めることができる。またその反対に，計算問題を解く際にはただ与えられた数式を使って数値を計算するのではなく，その背景にある概念についても考えることで量的なイメージがつかめる。物理化学を学ぶ際には，理論的な内容と実際の問題を常に関連させて考えることが必要である。なお，授業の際は計算機をつねに持参すること。
・評価については，合計点数が60点以上で単位修得となる。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
単位と次元解析
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ＳＩ単位への単位換算ができる。
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| 2週 |
単位と次元解析２
理想気体と実在気体 |
次元解析が理解できる。
理想気体の状態方程式が理解できる。
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| 3週 |
理想気体と実在気体２ |
実在気体の特徴と状態方程式を説明できる
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| 4週 |
熱と仕事 |
不可逆変化について理解し、具体例を挙げることができる。
気体の内部エネルギーについて理解している。
内部エネルギー、熱容量の定義と適用方法を説明できる。
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| 5週 |
熱力学第一法則 |
熱力学第一法則について理解している。
熱力学の第一法則の定義と適用方法を説明できる。
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| 6週 |
エンタルピーと熱容量 |
物体の熱容量と比熱について理解している。
エンタルピーの定義と適用方法を説明できる。
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| 7週 |
理想気体の仕事と熱，Hessの法則１
次週，中間試験を実施する |
理想気体の仕事，熱，熱容量について理解できる。
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| 8週 |
前期中間試験解説 |
前期中間試験の解答について解説
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| 2ndQ |
| 9週 |
理想気体の仕事と熱，Hessの法則２ |
気体の等温、定圧、定容および断熱変化のU、W、Qを計算できる。
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| 10週 |
理想気体の仕事と熱，Hessの法則３ |
気体の等温、定圧、定容および断熱変化のU、W、Qを計算できる。
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| 11週 |
標準生成熱，結合エネルギーと反応熱の温度変化，Born-Haberサイクル１ |
化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。
エンタルピーの温度依存性を計算できる。
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| 12週 |
標準生成熱，結合エネルギーと反応熱の温度変化，Born-Haberサイクル２ |
化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。
エンタルピーの温度依存性を計算できる。
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| 13週 |
標準生成熱，結合エネルギーと反応熱の温度変化，Born-Haberサイクル３ |
化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。
エンタルピーの温度依存性を計算できる。
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| 14週 |
熱力学第二法則 |
熱力学の第二法則の定義と適用方法を説明できる。
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| 15週 |
最近の科学に関するトピックス |
最近の科学に関するトピックスを紹介
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| 16週 |
前期末試験 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
エントロピーの分子論的解釈 |
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| 2週 |
理想気体の状態変化におけるエントロピー変化１ |
原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について理解している。
理想気体のエントロピー変化を計算できる。
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| 3週 |
理想気体の状態変化におけるエントロピー変化２ |
原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について理解している。
理想気体のエントロピー変化を計算できる。
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| 4週 |
理想気体の混合および相変化のエントロピー変化 |
理想気体の混合および相変化のエントロピー変化を計算できる。
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| 5週 |
熱力学第３法則と第３法則エントロピー |
熱力学の第三法則の定義と適用方法を説明できる。
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| 6週 |
化学反応のエントロピー変化 |
純物質の絶対エントロピーを計算できる。
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| 7週 |
カルノーサイクル
次週，中間試験を実施する |
熱機関について理解し、熱効率に関する計算ができる。
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| 8週 |
後期中間試験解説 |
前期中間試験の解答について解説
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| 4thQ |
| 9週 |
反応速度について |
反応速度の定義を理解して、実験的決定方法を説明できる。
反応次数の概念を理解して、計算により求めることができる。
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| 10週 |
一次反応，二次反応
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反応速度の定義を理解して、実験的決定方法を説明できる。
反応次数の概念を理解して、計算により求めることができる。
微分式と積分式が相互に変換できて半減期が求められる。
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| 11週 |
可逆反応 |
さまざまな反応の速度式を導出できる。
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| 12週 |
逐次反応
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さまざまな反応の速度式を導出できる。
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| 13週 |
定常状態近似
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律速段階近似、定常状態近似等を理解し、応用できる。
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| 14週 |
反応速度の温度依存性1 |
衝突理論を理解して、アレニウスプロットを説明できる。
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| 15週 |
反応速度の温度依存性2 |
衝突理論を理解して、アレニウスプロットを説明できる。
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| 16週 |
学年末試験 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 化学・生物系分野 | 無機化学 | イオン化エネルギー、電子親和力、電気陰性度について説明できる。 | 4 | |
| 物理化学 | 気体の法則を理解して、理想気体の方程式を説明できる。 | 4 | 前2 |
| 気体の分子速度論から、圧力を定義して、理想気体の方程式を証明できる。 | 4 | 前2 |
| 実在気体の特徴と状態方程式を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 臨界現象と臨界点近傍の特徴を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 熱力学の第一法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | 前5 |
| エンタルピーの定義と適用方法を説明できる。 | 4 | 前6 |
| 化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。 | 4 | 前11,前12,前13 |
| エンタルピーの温度依存性を計算できる。 | 4 | 前12 |
| 内部エネルギー、熱容量の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | 前4 |
| 熱力学の第二・第三法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | 前14,後5 |
| 純物質の絶対エントロピーを計算できる。 | 4 | 後2,後3,後4 |
| 化学反応でのエントロピー変化を計算できる。 | 4 | 後2,後3,後4 |
| 気体の等温、定圧、定容および断熱変化のdU、W、Qを計算できる。 | 4 | 前7,前9,前10 |
| 反応速度の定義を理解して、実験的決定方法を説明できる。 | 4 | 後9,後10 |
| 反応速度定数、反応次数の概念を理解して、計算により求めることができる。 | 4 | 後9,後10 |
| 微分式と積分式が相互に変換できて半減期が求められる。 | 4 | 後10 |
| 連続反応、可逆反応、併発反応等を理解している。 | 4 | 後11,後12,後13,後14,後15 |
| 律速段階近似、定常状態近似等を理解し、応用できる。 | 4 | 後11,後12,後13,後14,後15 |
| 化学工学 | SI単位への単位換算ができる。 | 3 | 前1 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |
| 専門的能力 | 45 | 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 60 |
| 分野横断的能力 | 5 | 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |