生物物理化学2

科目基礎情報

学校 新居浜工業高等専門学校 開講年度 2017
授業科目 生物物理化学2
科目番号 140501 科目区分 専門 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 生物応用化学科 対象学年 5
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 基礎物理化学 杉原剛介 他著 (学術図書出版)
担当教員 勝浦 創

到達目標

1.平衡の条件を自由エネルギーや化学ポテンシャルを用いて表すことができること。
2.標準自由エネルギーと平衡定数の関係式を示すことができること。
3.熱力学データから反応の平衡定数を計算できること。
4.ファントホッフの式を用いて、反応熱や任意の温度における平衡定数を計算できること。
5.圧力変化と平衡定数の関係式を示し、任意の圧力における平衡定数を計算できること。
6.ギブズの相律の式を示し、自由度を計算できること。
7.クラペイロン‐クラウジウスの式を気‐液平衡、固‐液平衡、固‐気平衡に適用できること。

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平衡の条件を自由エネルギーや化学ポテンシャルを用いて論理的に説明できる。平衡の条件を自由エネルギーや化学ポテンシャルを用いて表すことができる。平衡の条件を自由エネルギーや化学ポテンシャルを用いて表すことができない。
評価項目2標準自由エネルギーと平衡定数の関係式を導くことができる。標準自由エネルギーと平衡定数の関係式を示すことができる。標準自由エネルギーと平衡定数の関係式を示すことができない。
評価項目3熱力学データから反応の平衡定数を計算できる。熱力学データから簡単な反応の平衡定数を計算できる。熱力学データから反応の平衡定数を計算できない。
評価項目4ファントホッフの式を用いて、反応熱や任意の温度における平衡定数を計算できる。ファントホッフの式を用いて、簡単な反応の反応熱や任意の温度における平衡定数を計算できる。ファントホッフの式を用いて、反応熱や任意の温度における平衡定数を計算できるない。
評価項目5圧力変化と平衡定数の関係式を示し、任意の圧力における平衡定数を計算できる。圧力変化と平衡定数の関係式を示し、簡単な反応の任意の圧力における平衡定数を計算できる。圧力変化と平衡定数の関係式を示し、任意の圧力における平衡定数を計算できない。
評価項目6ギブズの相律の式を導き、自由度を計算できる。ギブズの相律の式を示し、自由度を計算できる。ギブズの相律の式を示し、自由度を計算できない。
評価項目7クラペイロン‐クラウジウスの式を導け、気‐液平衡、固‐液平衡、固‐気平衡に適用できる。クラペイロン‐クラウジウスの式を気‐液平衡、固‐液平衡、固‐気平衡に適用できる。クラペイロン‐クラウジウスの式を気‐液平衡、固‐液平衡、固‐気平衡に適用できない。

学科の到達目標項目との関係

専門知識 (B) 説明 閉じる

教育方法等

概要:
4年生の物理化学2において学習した熱力学の化学、生物化学への応用として、化学平衡と相平衡について授業をおこなう。化学ポテンシャルによる化学平衡と相平衡の条件式から出発し、質量作用の法則、ルシャトリエの法則が熱力学的に成り立つことを示す。
授業の進め方・方法:
授業の進め方は講義形式と学生の発表とその解説の2つの形式で行う。また適宜演習を取り入れる。
注意点:
この科目は学修単位科目であるので、(45時間―講義時間)以上の自学自習を必要とする。したがって、科目担当教員が課した課題の内、{(45時間―講義時間)x3/4}以上に相当する課題提出がないと単位を認めない。

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ヘルムホルツエネルギーとギブズエネルギー 1
2週 熱力学の関係式:マックスウェルの関係式、ギブズ‐ヘルムホルツの式 1
3週 開いた系と化学ポテンシャルの性質 1
4週 理想気体の化学ポテンシャル 1
5週 質量作用の法則:標準ギブズエネルギー変化と平衡定数の関係 2
6週 圧平衡定数の表し方、圧平衡定数と濃度平衡定数の関係 3
7週 標準生成ギブズエネルギーと反応における標準ギブズエネルギー変化の計算 3
8週 中間試験
2ndQ
9週 試験返却・解説
10週 標準状態における平衡定数と平衡組成の計算 3
11週 平衡定数の温度変化:ファントホッフの式、ル・シャトリエの原理 4
12週 任意の温度での平衡定数の計算 4
13週 ギブズの相律の導出:自由度の計算 5
14週 クラペイロン‐クラウジウスの式の導出:気相-液相平衡、気相-固相平衡、液相-固相平衡  6
15週 期末試験 7
16週 試験返却・解説・復習

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・生物系分野物理化学平衡の記述(質量作用の法則)を説明できる。4
諸条件の影響(ルシャトリエの法則)を説明できる。4
均一および不均一反応の平衡を説明できる。4
反応における自由エネルギー変化より、平衡定数・組成を計算できる。4
平衡定数の温度依存性を計算できる。4

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90000010100
基礎的能力0000000
専門的能力90000010100
分野横断的能力0000000