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。この中で、各回において前回までの内容に関する小テストを実施する。また、必要に応じて課題がある。
注意点:
試験の成績90%，小テストと課題からなる平常点10% の割合で総合的に評価する。学期毎の評価は中間と期末の各期間の評価の平均，学年の評価は前学期と後学期の評価の平均とする。なお，後学期中間の評価は前学期中間，前学期末，後学期中間の各期間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
◆熱力学で使用する微積分(1)
～微小変化と積分量～
◆熱力学第一法則周辺の復習
◆４種の熱力学過程(定積変化，定圧変化) |
◆熱力学における微分，積分の取り扱い方，考え方について理解でき, 理論導出過程で使うことができる
◆定圧変化，定積変化についてどんな変化で第一法則に関与する熱力学量がどのように表されるか理解し,定義から導出できる。
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| 2週 |
5－２ 熱力学第一法則
◆４種の熱力学過程(等温変化，断熱変化) |
◆等温変化および断熱変化についてがどんな変化で第一法則に関与する熱力学量がどのように表されるか理解し,定義から導出できる。
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| 3週 |
5－２ 熱力学第一法則
◆熱力学サイクルと状態量
◆カルノーサイクル |
◆PVグラフにおける熱力学サイクルの各過程がどんな過程か説明できる。
◆各過程のΔp, ΔV，ΔT, ΔU，Q, Wを算出でき，熱効率を計算できる。状態量とは何か，その特性とは何か説明できる。◆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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| 4週 |
６－１熱力学第二法則
◆カルノーサイクル
◆熱力学第二法則とエントロピー
◆状態変化におけるエントロピー変化 |
◆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。
◆熱力学第２法則とはどんな法則か理解できる。
◆エントロピーの定義を説明でき，どのような量か説明できる(エントロピーの大小は何を意味するか説明できる)。
◆相変化のエントロピー変化を計算できる。
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| 5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(定積,定圧) |
◆定圧，定積過程のエントロピー計算，等温不可逆膨張のエントロピー計算ができる。
(具体例)室温でお湯が自発的に冷める理由，高温源から低温源へ熱が自発的に移動する理由を熱力学第二法則を利用して説明できる。
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| 6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(等温)
６－２熱力学第三法則
◆微視的エントロピー |
◆２種類以上の流動性の物質が自発的に混合することを理想気体を例にして熱力学第二法則に則って説明できる。
◆ボルツマンの式を知ることができる。
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| 7週 |
１週目～６週目までの復習 |
１週目～６週目までの復習を通して，ここまでの内容を定着できる
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| 8週 |
前期中間試験 |
前期中間試験を通してこれまでの内容における到達目標を達成できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
６－２熱力学第三法則
◆第三法則エントロピー
◆エントロピーと化学反応 |
◆熱力学第三法則を活かし，標準エントロピー変化より，各種反応や変化のエントロピー変化を計算できる。
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| 10週 |
６－２熱力学第三法則
◆エントロピーと化学反応 |
◆熱力学第三法則を活かし，標準エントロピー変化より，各種反応や変化のエントロピー変化を計算できる。
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| 11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
◆ギブズの自由エネルギーと非膨張仕事
◆化学反応における標準ギブズエネルギー変化の計算 |
◆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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| 12週 |
６－３自由エネルギーの変化と方向
◆気体の混合と自由エネルギー変化
◆ヘルムホルツの自由エネルギー
◆４種のエネルギーと４種の変数
◆閉鎖系の熱力学の基本方程式 |
◆気体の混合による自由エネルギー変化を計算できる。
◆閉鎖系の熱力学の基本方程式を理解でき，各熱力学量の定義から導出できる。
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| 13週 |
６－４ 熱力学の関係式
◆熱力学で使用する微積分(２)
～偏微分と全微分～
◆Maxwellの関係式 |
◆熱力学における偏微分，全微分の取り扱い方，考え方について理解でき, 理論導出過程で使うことができる
◆Maxwellの関係式を理解でき，導出できる。
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| 14週 |
６－４ 熱力学の関係式
◆ギブズ－ヘルムホルツの式
◆圧力変化のギブズエネルギー変化 |
◆ギブズ－ヘルムホルツの式を理解し，道術できる
◆等温過程における圧力変化に対するギブズの自由エネルギー変化を計算できる。
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| 15週 |
前期９週目～１４週目までの演習 |
前期９週目～１４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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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
６－５化学ポテンシャル
◆部分モル量
◆化学ポテンシャルの概念
◆様々な化学ポテンシャル変化の計算 |
◆部分モル量と化学ポテンシャルの概念が理解できる。
◆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。
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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
７－２純物質の相平衡
◆クラペイロンの式
◆クラウジウスークラペイロンの式 |
◆平衡状態と化学ポテンシャルの関係を理解できる。
◆クラウジウスークラペイロンの式を理解し，導出でき，これを用いて計算できる。
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| 3週 |
７－１相転移と相律
◆物質の状態図と相律
７－３２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 |
◆物質ごとにその状態の情報からギブズの相律を用いて自由度を算出できる。
◆ラウールの法則の概念について理解でき，溶液組成から蒸気圧組成を計算できる。
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| 4週 |
７－３２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 |
◆ラウールの法則の概念について理解でき，化学ポテンシャルとの関連付けができる。
◆蒸気圧降下度について計算できる
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| 5週 |
７－３２成分系の気相－液相平衡条件と溶液の性質
◆ヘンリーの法則理想希薄溶液 |
◆ヘンリーの法則の概念について理解でき，溶液組成から蒸気圧組成を計算できる。
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| 6週 |
７－５ 束一的性質
◆沸点上昇，凝固点降下
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◆沸点上昇，凝固点降下，浸透圧について理解でき，計算できる。
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| 7週 |
後期１週目～６週目までの演習 |
後期１週目～６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 |
後期中間試験 |
後期中間試験を通してこれまでの内容における到達目標を達成できる。
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| 4thQ |
| 9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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| 10週 |
７－３２成分系の気相－液相平衡条件と溶液の性質
◆フガシティー
◆溶液の活量と非理想溶液 |
◆フガシティーおよび活量の意味を理解し、化学計算に活用できる
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| 11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 |
◆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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| 12週 |
９－２ 平衡組成の計算
◆平衡反応とギブズの自由エネルギーの関係 |
◆平衡反応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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| 13週 |
９－３化学平衡への諸条件の影響
◆平衡反応への圧力変化の影響 |
◆平衡反応への圧力変化の影響および不均一系の平衡反応について理解できる。
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| 14週 |
９－３化学平衡への諸条件の影響
◆平衡反応への圧力，温度変化の影響
９－４不均一反応 |
◆平衡反応への温度変化の影響および不均一系の平衡反応について理解できる。
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| 15週 |
後期9週目～１４週目までの復習 |
後期9週目～１４週目までの復習を通して，ここまでの内容を定着できる
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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,前4,前5,前6 |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 4 | 前3,前4 |
| 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2 |
| 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4,後6,後9 |
| 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4,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6,後9 |
| 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1,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1,前2,前9,前10 |
| 化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。 | 4 | 前9 |
| エンタルピーの温度依存性を計算できる。 | 4 | 前10 |
| 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1,前2 |
| 平衡の記述(質量作用の法則)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 | |
| 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4,前5,前6,前9,前10 |
| 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 |
| 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12 |
| 平衡定数の温度依存性を計算できる。 | 4 | 後14 |
| 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2,前3 |
| 電池反応と電気分解を理解し、実用例を説明できる。 | 4 | |