到達目標
1. 熱力学第二法則の定義を理解し、エントロピー変化を計算できる。
2. 熱力学第三法則の定義を理解し、純物質の絶対エントロピーや化学反応でのエントロピー変化を計算できる。
3. ギブズエネルギーと相転移の関係を説明できる。
4. 純物質の状態図や相律の定義を理解して、蒸気圧曲線の説明や自由度の計算ができる。
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 | 熱力学第二法則の定義を理解し、複雑な系のエントロピー変化を計算できる。 | 熱力学第二法則の定義を理解し、エントロピー変化を計算できる。 | 熱力学第二法則の定義を理解できず、エントロピー変化を計算できない。 |
| 評価項目2 | 熱力学第三法則の定義を理解し、純物質の絶対エントロピーや複雑な系で起こる化学反応のエントロピー変化を計算できる。 | 熱力学第三法則の定義を理解し、純物質の絶対エントロピーや化学反応でのエントロピー変化を計算できる。 | 熱力学第三法則の定義を理解できず、純物質の絶対エントロピーや化学反応でのエントロピー変化を計算できない。 |
| 評価項目3 | ギブズエネルギーの圧力変化や温度変化を駆使して、ギブズエネルギーと相転移の関係を説明できる。 | ギブズエネルギーと相転移の関係を説明できる。 | ギブズエネルギーと相転移の関係を説明できない。 |
| 評価項目4 | 純物質の状態図や相律の定義を理解して、代表的な物質の相図に適用できる。 | 純物質の状態図や相律の定義を理解して、蒸気圧曲線の説明や自由度の計算ができる。 | 純物質の状態図や相律の定義を理解できず、蒸気圧曲線の説明や自由度の計算ができない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
学習・教育到達度目標 B② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解くことができる。
教育方法等
概要:
「物理化学」は化学の基礎になっている物理的な原理を取扱い、原子、電子、エネルギーなどの基本的な概念によって、物質の諸性質を説明する教科であり、無機化学、有機化学、高分子化学、生物化学、化学工学、反応工学など化学のあらゆる分野で基本となる内容で構成される重要教科である。物理化学AⅡでは熱力学第二法則、第三法則、純物質の相平衡について講義すると共に、必要とされる数理的解析法について学習する。
授業の進め方・方法:
講義と並行して小テスト等を行い、理解度を深める。「物理化学」の関連基礎科目として、1, 2年次で学習した「化学」、3年次で学習する「分析化学」、「無機化学」があり、それらの科目を復習しておくことにより授業内容をよく理解することができる。
注意点:
3年次前期で学習した「物理化学AⅠ」を復習しておくこと。
物理化学で現れる式や法則・概念のもつ意味を理解しておくと共に、数理的取り扱いができるようになっておくこと。
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 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
物理化学AⅠの復習 仕事・熱・エンタルピー
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仕事、熱、エンタルピーについて説明できる。
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| 2週 |
トピック3A エントロピー
自発変化の方向、エントロピー、第二法則 |
自発変化の方向とエントロピーの関係を理解し、熱力学第二法則の定義と適用方法を説明できる。
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| 3週 |
トピック3A エントロピー
熱機関、冷蔵庫、ヒートポンプ |
熱機関の最大効率を計算できる。
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| 4週 |
トピック3B エントロピー変化
体積変化、温度変化に伴うエントロピー変化 |
体積変化、温度変化に伴うエントロピー変化を計算できる。
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| 5週 |
トピック3B エントロピー変化
相転移に伴うエントロピー変化、外界のエントロピー変化 |
相転移に伴うエントロピー変化、外界のエントロピー変化を計算できる。
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| 6週 |
トピック3C 絶対エントロピー
熱力学第三法則 |
熱力学第三法則の定義と適用方法を説明できる。
純物質の絶対エントロピーを計算できる。
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| 7週 |
トピック3C 絶対エントロピー
エントロピーの分子論的解釈、残余エントロピー |
ボルツマンの式を用いてエントロピーの分子論的解釈ができる。
固体の残余エントロピーを計算できる。
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| 8週 |
中間試験 |
1～7週までの内容を網羅した試験により、授業内容の定着を図る。
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| 4thQ |
| 9週 |
トピック3D ギブズエネルギー
標準反応エントロピー、化学反応の自発性 |
化学反応でのエントロピー変化を計算できる。
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| 10週 |
トピック3D ギブズエネルギー
ギブズエネルギーの性質 |
ギブズエネルギーについて理解し、ギブズエネルギー変化を計算できる。
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| 11週 |
トピック4A 相転移の熱力学
安定性の条件、ギブズエネルギーの圧力変化 |
モルギブズエネルギーと相転移の関係について説明できる。
モルギブズエネルギーと圧力の関係を説明できる。
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| 12週 |
トピック4A 相転移の熱力学
ギブズエネルギーの温度変化 |
モルギブズエネルギーと温度の関係を説明できる。
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| 13週 |
トピック4B 純物質の相図
相境界、クラウジウス－クラペイロンの式 |
純物質の状態図を理解して、蒸気圧曲線を説明できる。
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| 14週 |
トピック4B 純物質の相図
物質に固有な点、相律 |
相律の定義を理解して、純物質の自由度を計算し、平衡状態を説明できる。
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| 15週 |
定期試験 |
9～14週までの内容を網羅した試験により、授業内容の定着を図る。
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| 16週 |
答案返却、解説 |
期末試験の内容を理解する。
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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 | 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13 |
| 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。 | 3 | 後14 |
| 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 | 後6 |
| 純物質の絶対エントロピーを計算できる。 | 4 | 後6 |
| 化学反応でのエントロピー変化を計算できる。 | 4 | 後9 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 小テスト等 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 0 | 30 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 70 | 0 | 30 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |