応用化学実験Ⅲ

科目基礎情報

学校 有明工業高等専門学校 開講年度 平成31年度 (2019年度)
授業科目 応用化学実験Ⅲ
科目番号 0047 科目区分 専門 / 必修
授業形態 実験・実習 単位の種別と単位数 学修単位: 1
開設学科 創造工学科(応用化学コース) 対象学年 4
開設期 前期 週時間数 1
教科書/教材 教科書: 物理化学実験法;千原秀昭・徂徠道夫編 東京化学同人 / 教材:配布プリント
担当教員 藤本 大輔,小林 正幸,石川 元人

到達目標

1.物理化学・有機化学実験における基本操作を習得し、計画的に実験を行うことができる
2.実験から得られた結果を正しく理解し、文献等に記載されている値と適宜比較を行う等のデータ処理を行うことができる
3.実験から得られた結果について工学的な考察を行い、図表を用いて論理的にまとめることができる

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物理化学・有機化学実験における基本操作を習得し、計画的に正しく実験を行うことができる物理化学・有機化学実験における基本操作を習得し、計画的に実験を行うことができる物理化学・有機化学実験における基本操作を習得し、計画的に実験を行うことができない
評価項目2実験から得られた結果を正しく理解し、文献等に記載されている値と適宜比較を行う等のデータ処理を正しく行うことができる実験から得られた結果を正しく理解し、文献等に記載されている値と適宜比較を行う等のデータ処理を行うことができる実験から得られた結果を正しく理解し、文献等に記載されている値と適宜比較を行う等のデータ処理を行うことができない
評価項目3実験から得られた結果について工学的な考察を行い、図表を用いて正しく論理的にまとめることができる実験から得られた結果について工学的な考察を行い、図表を用いて論理的にまとめることができる実験から得られた結果について工学的な考察を行い、図表を用いて論理的にまとめることができない

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 B-3 説明 閉じる

教育方法等

概要:
自主性を発揮し、自らをためす絶好の機会が実験である。したがって、実験内容の予習はもちろんのこと、器具の種類や使用方法についても十分な準備が必要である。もちろん、実験においては、尊大な先入観をもって自然が与える解答を求めるものではなく、すなおな心で観察することが重要である。
 本実験の各課題は、物理化学・有機化学の基本的な分野から精選したものであり、これらの実験を行うことで物理化学・有機化学を単なる知識としてではなく、体験として学ぶ。
 第1の目標は、物理化学・有機化学実験における基本操作を身につけることである。実験をはじめるにあたっては、実験はどのような計画で、どのような器具を使えば期待している答えが得られるかを慎重に考えなければならない。
 第2の目標は、データの処理の方法を身につけることである。実験結果を理論式にあてはめ導かれた化学的数量がどのような意味をもつか、他の類似のデータを文献から探して比較検討できるようにする。
 第3の目標は、レポートのまとめ方を身につけることである。レポートは研究論文に相当するものである。したがって、研究論文にしたがった実験レポートの書き方について習得する。特に、得られた結果に対してどう考察したかが重要であるので、きちんと考察できるようにする。
授業の進め方・方法:
前半は有機化学分野、後半は物理化学分野の実験を行う。3~7人程度のグループを作り、グループで実験を行う。
注意点:
実験は、予習が一番重要である。予習をどこまで行ってきたかが実験の成否や実験時間を決定づけると言っても過言ではない。『実験室に入り、実験テキストを初めて開ける』、『実験書を読みながら実験を進める』ということがないように真剣に実験を行うこと。また、予習が自分、仲間の安全を左右していることを強く認識して欲しい。
1.必ず実験ノートを作り、データを記載すること。実験のフロー図をノートに記載して実験にのぞむことを強く勧めする。データ(数値)でなくても、目の前で起こっている現象、気付いたこと等をノートに記載しておくと良い。
2. 化学実験は危険であるという観点に立ち、化学実験を行うことは非常に重要である。このことは、自身が危険にさらされる行為は、周囲の人間を危険にさらしていることと同じであることを十分認識してほしい。危険はおそれるだけでは、化学の進歩はない。危険性を先人により積み重ねられた経験を理解し、実践することで、十分軽減することがをできる。本実験をこなすという観点ではなく、身に付けるという観点でのぞんで欲しい。
3. 実験の目的,実験操作の概要を把握し,ノートにまとめておくこと.
4. レポートに関しては,読む者が理解しやすいように工夫して自分の言葉で書くことが重要です.そのためには,課外の図書館における参考書調べなど必要となります.自分のためにならないので他人のレポートを写す、インターネットや参考書を丸写しするような行為は行わないこと。
5. 指定するレポート期限を厳守すること

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ガイダンス
2週 【テーマ1】酢酸エチルの合成 実験操作(加熱還流、分液漏斗による抽出)を正しく行うことができる。収率の計算ができる。沸点から生成物の確認と純度の検討ができる。酢酸エチルの反応のメカニズムを説明できる。
3週 【テーマ2】アニリンの合成 実験操作(加熱還流、蒸留による精製)を正しく行うことができる。収率の計算ができる。アニリンの反応のメカニズムを説明できる。
4週 【テーマ2】ヨードベンゼンの合成 実験操作(加熱還流、蒸留による精製、分液漏斗による抽出)を正しく行うことができる。ヨードベンゼンの反応のメカニズムを説明できる。
5週 【テーマ3】アセトアニリドの合成 実験操作(加熱還流、吸引ろ過)を正しく行うことができる。アセトアニリドの反応のメカニズムを説明できる。
6週 【テーマ3】p-ニトロアニリンの合成 実験操作(加熱還流、吸引ろ過)を正しく行うことができる。収率の計算ができる。 p-ニトロアニリンの反応のメカニズムを説明できる。
7週 【テーマ4】有機化合物の分析 実験操作(再結晶による精製、薄層クロマトグラフィによる反応の追跡)を正しく行うことができる。融点から生成物の確認と純度の検討ができる。収率の計算ができる。
8週 レポート作成(データ整理)
2ndQ
9週 【テーマ4】凝固点降下(第1週) ナフタレンをシクロヘキサンに溶かすとシクロヘキサンの凝固点が降下する。測定値から凝固点降下とナフタレンの重量モル濃度の関係を理解する。また、ナフタレンの質量と凝固点降下を図示することで、その傾きから分子量が求まる理由について理解する。
10週 【テーマ4】凝固点降下(第2週) ナフタレンをシクロヘキサンに溶かすとシクロヘキサンの凝固点が降下する。測定値から凝固点降下とナフタレンの重量モル濃度の関係を理解する。また、ナフタレンの質量と凝固点降下を図示することで、その傾きから分子量が求まる理由について理解する。
11週 【テーマ5】反応速度定数(第1週) 酸性ホスファターゼの酵素反応(パラニトロフェニルリン酸をパラニトロフェノールに加水分解(脱リン酸化)する酵素)の活性測定実験を行う。生成物量の時間変化から、反応速度および反応速度定数を決定し、酵素反応の定量的調査を理解する。また、酵素反応の速度定数の温度依存性とこの反応の活性化エネルギーとの関係を理解する。
12週 【テーマ5】反応速度定数(第2週) 酸性ホスファターゼの酵素反応(パラニトロフェニルリン酸をパラニトロフェノールに加水分解(脱リン酸化)する酵素)の活性測定実験を行う。生成物量の時間変化から、反応速度および反応速度定数を決定し、酵素反応の定量的調査を理解する。また、酵素反応の速度定数の温度依存性とこの反応の活性化エネルギーとの関係を理解する。
13週 【テーマ6】粘度(第1週) 高分子を溶媒に溶かすとその溶液はかなり高い粘性を示す。この実験では、ポリビニルアルコールを水に溶解させ、溶液粘度を測定する。得られた測定値からポリビニルアルコールの分子量や溶液中でのポリビニルアルコール分子の広がりなどの情報が得られることを理解する。
14週 【テーマ6】粘度(第2週) 高分子を溶媒に溶かすとその溶液はかなり高い粘性を示す。この実験では、ポリビニルアルコールを水に溶解させ、溶液粘度を測定する。得られた測定値からポリビニルアルコールの分子量や溶液中でのポリビニルアルコール分子の広がりなどの情報が得られることを理解する。
15週 レポート作成(データ整理)
16週

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
基礎的能力工学基礎工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法)工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法)物理、化学、情報、工学における基礎的な原理や現象を明らかにするための実験手法、実験手順について説明できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験装置や測定器の操作、及び実験器具・試薬・材料の正しい取扱を身に付け、安全に実験できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験データの分析、誤差解析、有効桁数の評価、整理の仕方、考察の論理性に配慮して実践できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験テーマの目的に沿って実験・測定結果の妥当性など実験データについて論理的な考察ができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験ノートや実験レポートの記載方法に沿ってレポート作成を実践できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験データを適切なグラフや図、表など用いて表現できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験の考察などに必要な文献、参考資料などを収集できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
実験・実習を安全性や禁止事項など配慮して実践できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
個人・複数名での実験・実習であっても役割を意識して主体的に取り組むことができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
共同実験における基本的ルールを把握し、実践できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
レポートを期限内に提出できるように計画を立て、それを実践できる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
専門的能力分野別の工学実験・実習能力化学・生物系分野【実験・実習能力】有機化学実験加熱還流による反応ができる。4前2,前3,前4,前5,前6
蒸留による精製ができる。4前2,前3,前4
吸引ろ過ができる。4前5,前6
再結晶による精製ができる。4前7
分液漏斗による抽出ができる。4前2,前4
薄層クロマトグラフィによる反応の追跡ができる。4前7
融点または沸点から生成物の確認と純度の検討ができる。4前7
収率の計算ができる。4前2,前3,前4,前5,前6,前7
分析化学実験代表的な定性・定量分析装置としてクロマト分析(特にガスクロ、液クロ)や、物質の構造決定を目的とした機器(吸光光度法、X線回折、NMR等)、形態観察装置としての電子顕微鏡の中の代表的ないずれかについて、その原理を理解し、測定からデータ解析までの基本的なプロセスを行うことができる。4
固体、液体、気体の定性・定量・構造解析・組成分析等に関して必要な特定の分析装置に関して測定条件を選定し、得られたデータから考察をすることができる。4
物理化学実験温度、圧力、容積、質量等を例にとり、測定誤差(個人差・器差)、実験精度、再現性、信頼性、有効数字の概念を説明できる。4前9,前10,前11,前12,前13,前14
粘度計を用いて、各種液体・溶液の粘度を測定し、濃度依存性を説明できる。4前13,前14
分子量の測定(浸透圧、沸点上昇、凝固点降下、粘度測定法等)により、束一的性質から分子量を求めることができる。4前9,前10
反応速度定数の温度依存性から活性化エネルギーを決定できる。4前11,前12
生物工学実験酵素の活性を定量的または定性的に調べることができる。4前11,前12
分野横断的能力態度・志向性(人間力)態度・志向性態度・志向性チームで協調・共同することの意義・効果を認識している。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
チームで協調・共同するために自身の感情をコントロールし、他者の意見を尊重するためのコミュニケーションをとることができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
当事者意識をもってチームでの作業・研究を進めることができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
チームのメンバーとしての役割を把握した行動ができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
リーダーがとるべき行動や役割をあげることができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
適切な方向性に沿った協調行動を促すことができる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
リーダーシップを発揮する(させる)ためには情報収集やチーム内での相談が必要であることを知っている3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
法令やルールを遵守した行動をとれる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14
他者のおかれている状況に配慮した行動がとれる。3前2,前3,前4,前5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14

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00001000100
基礎的能力0000000
専門的能力00001000100
分野横断的能力0000000