概要:
物理化学の基礎的事項について，3年に引き続いて学ぶ。特に，熱化学と化学平衡の基礎を理解し，化学反応等を熱化学的に解釈し説明できると共に，物質の状態変化に伴う仕事やエネルギーに関する基本法則を学び、さらに化学平衡に関する基本的な事項を学習することによって、化学技術者としての専門的基礎知識を習得する。
授業の進め方・方法:
授業は随時演習を取り入れた講義形式で進めていく。また授業の内容に関しての小テストを適宜実施する。
注意点:
定期試験の成績を90％、課題等の取組姿勢および小テストの点数10%の割合で総合的に評価する。学年の評価は、前期と後期の評価の平均とする。技術者が身につけるべき専門基礎として，到達目標に対する達成度を試験等において評価する。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
5－２ 熱力学第一法則
◆状態変化に伴う仕事と熱および熱容量 |
状態変化に伴う系と外界との間での仕事と熱の出入りを理解し、エネルギー保存則を説明できる。
可逆過程と不可逆過程を説明できる。
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| 2週 |
5－２ 熱力学第一法則
◆仕事，熱，内部エネルギー，エンタルピーおよび熱力学第一法則
◆定圧過程，定積過程 |
熱力学第一法則の式を理解し、定圧・定積・等温・断熱の条件におけるエネルギー変化を計算できる
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| 3週 |
5－２ 熱力学第一法則
◆仕事，熱，内部エネルギー，エンタルピーおよび熱力学第一法則
◆断熱過程，等温過程、マイヤーの関係式 |
熱力学第一法則の式を理解し、定圧・定積・等温・断熱の条件におけるエネルギー変化を計算できる
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| 4週 |
５－３反応熱
◆反応エンタルピーとヘスの法則 |
エンタルピー変化のデータをもとに，ヘスの法則に基づいた熱量計算ができる。各種標準エンタルピー変化を利用した熱量計算ができる
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| 5週 |
５－３反応熱
◆反応熱の温度依存性について学ぶ |
反応熱の温度依存性に関するキルヒホッフの法則を理解し，化学量論計算に活用できる。
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| 6週 |
熱力学第一法則および反応エンタルピーに関する演習 |
前期１週目～５週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる
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| 7週 |
熱力学第一法則および反応エンタルピーに関する演習 |
前期１週目～５週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる
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| 8週 |
６－１熱力学第二法則
◆自然に起きる不可逆的な現象、カルノーサイクル |
カルノーサイクルとはどんな熱力学サイクルか説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
６－１熱力学第二法則
◆熱力学第二法則とエントロピー |
熱力学第２法則とはどんな法則か理解できる。
エントロピーの概念を理解し、状態変化に伴うエントロピー変化を計算できる。
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| 10週 |
６－１熱力学第二法則
◆様々な過程に対するエントロピー変化の計算 |
エントロピーの概念を理解し、状態変化に伴うエントロピー変化を計算できる。
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| 11週 |
６－２熱力学第三法則
◆第三法則エントロピーと化学反応のエントロピー変化 |
熱力学第三法則を理解し，エントロピー変化を計算により求めることができる
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| 12週 |
６－３自由エネルギーの変化と方向
◆ギブズの自由エネルギーとヘルムホルツの自由エネルギー |
自由エネルギーの定義と根拠を理解できる。標準ギブズエネルギーを使い，化学反応等の化学量論計算ができる。
ギブズの自由エネルギーを非膨張仕事の関係を理解できる。
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| 13週 |
６－３自由エネルギーの変化と方向
◆ギブズの自由エネルギーとヘルムホルツの自由エネルギー |
自由エネルギーの定義と根拠を理解できる。標準ギブズエネルギーを使い，化学反応等の化学量論計算ができる。
ギブズの自由エネルギーを非膨張仕事の関係を理解できる。
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| 14週 |
６－４ 熱力学の関係式
◆４種のエネルギーと４種の変数
◆Maxwellの関係式とギブスーヘルムホルツの式 |
Maxwellの関係式を導出できる
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| 15週 |
６－５化学ポテンシャル
◆化学ポテンシャルの概念と部分モル量 |
化学ポテンシャルの概念を知り、部分モル量の概念が理解できる。
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| 16週 |
前期８週目～１5週目までの演習 |
前期８週目～１5週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる。
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
前期８週目～１5週目までの演習 |
前期８週目～１5週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる。
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| 2週 |
７－１相転移と相律
◆平衡状態と化学ポテンシャル
◆相律と自由度 |
様々な熱力学過程，反応の化学ポテンシャルが計算できる。
平衡状態と化学ポテンシャルの関係を理解できる。
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| 3週 |
７－２純物質の相平衡
◆純物質の状態図とクラウジウスークラペイロンの式
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クラウジウスークラペイロンの式を理解し、式を用いて計算できる。
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| 4週 |
７－３ ２成分系の気相－液相平衡条件と溶液の性質
◆ラウールの法則と理想溶液
◆ヘンリーの法則と理想希薄溶液 |
ラウールの法則と理想溶液およびヘンリーの法則の概念について理解できる。
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| 5週 |
７－５ 束一的性質
◆蒸気圧降下、沸点上昇、凝固点降下 |
沸点上昇，凝固点降下について理解でき，計算できる。
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| 6週 |
７－５ 束一的性質
◆浸透圧 |
浸透圧について理解でき，計算できる。
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| 7週 |
後期２週目～６週目までの演習 |
後期１週目～５週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる
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| 8週 |
９－１化学平衡
◆質量作用の法則，ルシャトリエの原理，平衡定数について学ぶ |
質量作用の法則，ルシャトリエの原理，平衡定数について理解できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
９－２ 平衡組成の計算
◆平衡定数とギブズの自由エネルギーの関係について学ぶ |
平衡定数とギブズの自由エネルギーの関係について理解し，計算できる。
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| 10週 |
９－２ 平衡組成の計算
◆平衡定数とギブズの自由エネルギーの関係について学ぶ |
平衡定数とギブズの自由エネルギーの関係について理解し，計算できる。
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| 11週 |
９－３化学平衡への諸条件の影響
◆圧力および」温度の影響 |
化学平衡における圧力および温度変化の影響について理解できる。
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| 12週 |
９－４不均一反応
◆固相がかかわる反応 |
固相を含む不均一系の反応の化学平衡について理解できる。
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| 13週 |
後期８週目～１２週目までの演習 |
後期８週目～１２週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる
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| 14週 |
後期８週目～１２週目までの演習 |
後期８週目～１２週目までの演習を通して，ここまでの内容を定着できる
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| 15週 |
1年間のまとめと物理化学Ⅲへの導入 |
物理化学Ⅱで学んだ内容を再認識し、次の物理化学Ⅲへ導入する。
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| 16週 |
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| 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 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 熱 | 時間の推移とともに、熱の移動によって熱平衡状態に達することを説明できる。 | 4 | 前1 |
| 動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを説明できる。 | 4 | 前1 |
| 熱力学第一法則と定積変化・定圧変化・等温変化・断熱変化について説明できる。 | 4 | 前2,前3 |
| エネルギーには多くの形態があり互いに変換できることを具体例を挙げて説明できる。 | 4 | 前1 |
| 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。 | 4 | 前1 |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 4 | 前8 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 化学・生物系分野 | 物理化学 | 純物質の状態図(P-V、P-T)を理解して、蒸気圧曲線を説明できる。 | 4 | 後3 |
| 2成分の状態図(P-x、y、T-x、y)を理解して、気液平衡を説明できる。 | 4 | |
| 束一的性質を説明できる。 | 4 | 後5,後6 |
| 蒸気圧降下、沸点上昇より、溶質の分子量を計算できる。 | 4 | 後5,後6 |
| 凝固点降下と浸透圧より、溶質の分子量を計算できる。 | 4 | 後5,後6 |
| 相律の定義を理解して、純物質、混合物の自由度(温度、圧力、組成)を計算し、平衡状態を説明できる。 | 4 | 後2 |
| 熱力学の第一法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | 前2,前3 |
| エンタルピーの定義と適用方法を説明できる。 | 4 | 前3,前4 |
| 化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。 | 4 | 前4 |
| エンタルピーの温度依存性を計算できる。 | 4 | 前5 |
| 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3 |
| 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8,前9,前10,前11 |
| 純物質の絶対エントロピーを計算できる。 | 4 | 前9 |
| 化学反応でのエントロピー変化を計算できる。 | 4 | 前9,前10 |
| 化合物の標準生成自由エネルギーを計算できる。 | 4 | 前11,前12,前13 |
| 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 | 後9,後10 |
| 平衡定数の温度依存性を計算できる。 | 4 | 後11 |
| 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8 |