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物理化学実験　B組のシラバス情報

科目名称 Course title(Japanese)	物理化学実験	科目番号 Course number	16CHEXP301
科目名称（英語） Course title(English)	Laboratory Course in Physical Chemistry
授業名称 Class name	物理化学実験　B組

教員名	根岸　雄一，川脇　徳久
Instructor

開講年度学期	2022年度前期
Year/Semester

曜日時限	火曜3限火曜4限火曜5限
Class hours

開講学科 Department	理学部第一部　応用化学科
外国語のみの科目（使用言語） Course in only foreign languages (languages)	-

単位 Course credit	2.0	授業の主な実施形態 Main class format	対面授業/On-site class ただし、状況により変更する場合がある。/Dependence on the social situation.

概要 Descriptions	過去に学んだ物理化学の基礎的な理論や現象（その多くは物理化学者によって研究され、確立されたものであるが）を実際に確かめること、およびその過程で、実験器具や幾つかの装置の取り扱い方を習得する。また、実験データの処理法も併せて学ぶ。さらに、これらの実験を通して、自己が経験した物理的・化学的現象を正確に表現し、他人に知らせること、即ち、“報告書”の書き方にも重点を置く。このような訓練を通して、自然界の現象・法則を自らの手で抽出することの出来る能力を養う。
目的 Objectives	物理化学の基礎的な理論や現象を、実際に実験によって確かめることを目的とする。
到達目標 Outcomes	・液体の蒸気圧について理解できる。・電池の熱力学について理解できる。　　・二原子分子の振動回転スペクトルと「Material Studio」の使い方を理解できる。・電気伝導度滴定とアルカリによる酢酸エチルの加水分解について理解できる。　　・屈折率と相平衡について理解できる。
履修上の注意 Course notes prerequisites	実験ガイダンスには必ず出席すること

アクティブ・ラーニング科目 Teaching type（Active Learning）
課題に対する作文 Essay	〇	小テストの実施 Quiz type test	-
ディベート・ディスカッション Debate/Discussion	-	グループワーク Group work	-
プレゼンテーション Presentation	-	反転授業 Flipped classroom	-
その他（自由記述） Other（Describe）	-

準備学習・復習 Preparation and review
成績評価方法 Performance grading policy	報告書・実験ノート・計画書・試験・実験態度
学修成果の評価 Evaluation of academic achievement	・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている・A：到達目標を十分に達成している・B：到達目標を達成している・C：到達目標を最低限達成している・D：到達目標を達成していない・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している・S：Achieved outcomes, excellent result ・A：Achieved outcomes, good result ・B：Achieved outcomes ・C：Minimally achieved outcomes ・D：Did not achieve outcomes ・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation
教科書 Textbooks/Readings	・教科書を使用する場合は、MyKiTS(教科書販売サイト)から検索・購入可能ですので以下のURLにアクセスしてください。 https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/ 　・Search and purchase the necessary textbooks from MyKiTS (textbook sales site) with the link below. https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
参考書・その他資料 Reference and other materials

授業計画 Class plan	1 ．ガイダンス実験を進める上での安全教育とレポート作成法について解説する。 (1)目的；(2)実験上の注意；(3)レポートの書き方 2 ．液体の蒸気圧（１）液体（トルエン）の蒸気圧を、いろいろな温度で、Ramsay- Youngの装置を用いて測定し、Clausius-Clapeyronの式を用いて蒸発のエンタルピー変化とエントロピー変化を求める。 3．液体の蒸気圧（２）（１）と同様に水の蒸気圧の温度依存性について測定する。また、水とトルエンとの比較から、分子間力が蒸発のエンタルピー変化とエントロピー変化に与える影響について検討する。 4 ．単極電位とDaniell電池のデジタルマルチメーターの使い方を習得 Ag/AgCl起電力電極を用い、KCl溶液を塩橋として、銅と亜鉛の単極電位を測定し、これらの金属の電極から構成されるDaniell電池の起電力を測定する。単極電位の値から得られるDaniell電池の起電力の計算値と実測値とを比較する。さらに、各金属の単極電位をNernstの式を用いて計算し、この計算値と実測値についても比較検討する。 5．電池の熱力学　　クラーク電池を用いて、0→50℃への昇温過程および50→0℃への降温過程における、各温度での起電力を測定する。各過程で起電力と温度の関係から、熱力学的諸量を求め、反応の可逆性について検討する。 6 ．強電解質水溶液の部分モル溶質と溶媒の相互作用について、強電解質水溶液であるNaCl体積水溶液とKCl水溶液の部分モル体積の測定結果から理解する。 7．二原子分子の振動回転スペクトル　　 HClのような二原子分子の赤外振動回転スペクトルを測定し、その回転構造を解析することによ　　　　　り、核間距離などの分子に対する種々の知見を得る。また、可視分光光度計を用いてβ-カロチンの吸収極大波長を求め、一次元井戸型ポテンシャルモデルを用いて有効分子長を計算し、電子遷移について理解する。 8 ．前半の実験の講評と後半の実験の解説　　前半の実験の結果を考察し、よりよき実験を行うためにはどのようにすべきか指導する。また後半の実験の理論的背景および実験を行う上での操作法の注意とデータ処理についての解説をする。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 9 ．「Material Studio」を用いた計算化学演習　　分子構造を計算しシミュレートする分子モデリング・ソフト「Material Studio」を使った計算機化学実験。簡単な芳香族分子や共役ポリエン等について、分子構造の生成、構造最適化、およびスペクトル計算を行い、実験的に観測されるスペクトルとの比較を行う。 10 ．分光法によるメチルレッドの酸解離定数の決定　　分光光度計を用いて、メチルレッドの酸型と塩基型それぞれの極大吸収波長におけるモル吸光係　　　数を求める。つぎに、pH既知の溶液中で測定した各波長における吸光度の値から、酸型と塩基型の濃度を求め、メチルレッドの解離定数を計算する。これらの操作により、多成分系における各成分の濃度が吸光度測定により求められる原理を理解する。 11 ．電気伝導度滴定　　希塩酸及び希酢酸を水酸化ナトリウム水溶液を用いて滴定し、電気伝導度滴定曲線の形の違いから、滴定の各段階における溶液中のイオンの濃度の変化および各イオン種の電気伝導度に対する寄与の違いを考察する。また、中和滴定と電気伝導度滴定との違いについても考察する。 12．アルカリによる酢酸エチルの加水分解　　酢酸エチルと水酸化ナトリウム水溶液を混合し、加水分解反の加水分解応の進行にともなう溶液の電気伝導度の変化から、二次反応速度定数を求める。異なる温度で求めた反応速度定数のArrheniusプロットから反応の活性化エネルギーを求める。 13．屈折率 Abbe屈折計の使い方を習得する。また、いろいろの液体有機化合物について原子屈折と分子屈折　　　に加成性が成り立つことを確かめる。そして、飽和炭化水素系及び芳香族炭化水素系それぞれについて、分子量と屈折率との関係をプロットし、その違いについて考察する。さらに、水-エタノール二成分系およびトルエン-ベンゼン二成分系について、屈折率と組成の関係を調べ、二つの系の間での分子間力の違いについて考察する。 14．相平衡蒸留装置を組み立て、イソプロピルアルコールとベンゼンの種々の組成の混合溶液についてその気相と液相のモル分率を、予め求めておいた組成と屈折率との検量線より求める。次に相図を作成し、共沸温度と共沸組成を求める。分子間力と共沸現象との関係について考察する。 15．後半の実験の講評およびレポート指導　　後半の実験の結果を考察する。また、実験レポートの作成は、実験結果の報告やデータに基づいた考察を行う上で重要な作業である。実験レポートやデータのまとめ方には数々の基本的な約束事があり、それらについて指導する。また、実験誤差や統計処理などのデータの取扱いかたについて説明する。 16．試験　　実験の原理、操作、データの処理方法など、実験の内容についての試験。

授業計画
Class plan

1 ．ガイダンス
実験を進める上での安全教育とレポート作成法について解説する。
(1)目的；(2)実験上の注意；(3)レポートの書き方

2 ．液体の蒸気圧（１）
液体（トルエン）の蒸気圧を、いろいろな温度で、Ramsay- Youngの装置を用いて測定し、Clausius-Clapeyronの式を用いて蒸発のエンタルピー変化とエントロピー変化を求める。

3．液体の蒸気圧（２）
（１）と同様に水の蒸気圧の温度依存性について測定する。
また、水とトルエンとの比較から、分子間力が蒸発のエンタルピー変化とエントロピー変化に与える影響について検討する。

4 ．単極電位とDaniell電池のデジタルマルチメーターの使い方を習得
Ag/AgCl起電力電極を用い、KCl溶液を塩橋として、銅と亜鉛の単極電位を測定し、これらの金属の電極から構成されるDaniell電池の起電力を測定する。単極電位の値から得られるDaniell電池の起電力の計算値と実測値とを比較する。さらに、各金属の単極電位をNernstの式を用いて計算し、この計算値と実測値についても比較検討する。

5．電池の熱力学　　
クラーク電池を用いて、0→50℃への昇温過程および50→0℃への降温過程における、各温度での起電力を測定する。各過程で起電力と温度の関係から、熱力学的諸量を求め、反応の可逆性について検討する。

6 ．強電解質水溶液の部分モル溶質と溶媒の相互作用について、強電解質水溶液であるNaCl体積水溶液とKCl水溶液の部分モル体積の測定結果から理解する。

7．二原子分子の振動回転スペクトル　　
HClのような二原子分子の赤外振動回転スペクトルを測定し、その回転構造を解析することによ　　　　　り、核間距離などの分子に対する種々の知見を得る。また、可視分光光度計を用いてβ-カロチンの吸収極大波長を求め、一次元井戸型ポテンシャルモデルを用いて有効分子長を計算し、電子遷移について理解する。

8 ．前半の実験の講評と後半の実験の解説　　
前半の実験の結果を考察し、よりよき実験を行うためにはどのようにすべきか指導する。また後半の実験の理論的背景および実験を行う上での操作法の注意とデータ処理についての解説をする。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
9 ．「Material Studio」を用いた計算化学演習　　
分子構造を計算しシミュレートする分子モデリング・ソフト「Material Studio」を使った計算機化学実験。簡単な芳香族分子や共役ポリエン等について、分子構造の生成、構造最適化、およびスペクトル計算を行い、実験的に観測されるスペクトルとの比較を行う。

10 ．分光法によるメチルレッドの酸解離定数の決定　　
分光光度計を用いて、メチルレッドの酸型と塩基型それぞれの極大吸収波長におけるモル吸光係　　　数を求める。つぎに、pH既知の溶液中で測定した各波長における吸光度の値から、酸型と塩基型の濃度を求め、メチルレッドの解離定数を計算する。これらの操作により、多成分系における各成分の濃度が吸光度測定により求められる原理を理解する。

11 ．電気伝導度滴定　　
希塩酸及び希酢酸を水酸化ナトリウム水溶液を用いて滴定し、電気伝導度滴定曲線の形の違いから、滴定の各段階における溶液中のイオンの濃度の変化および各イオン種の電気伝導度に対する寄与の違いを考察する。
また、中和滴定と電気伝導度滴定との違いについても考察する。

12．アルカリによる酢酸エチルの加水分解　　
酢酸エチルと水酸化ナトリウム水溶液を混合し、加水分解反の加水分解応の進行にともなう溶液の電気伝導度の変化から、二次反応速度定数を求める。異なる温度で求めた反応速度定数のArrheniusプロットから反応の活性化エネルギーを求める。

13．屈折率
Abbe屈折計の使い方を習得する。また、いろいろの液体有機化合物について原子屈折と分子屈折　　　に加成性が成り立つことを確かめる。
そして、飽和炭化水素系及び芳香族炭化水素系それぞれについて、分子量と屈折率との関係をプロットし、その違いについて考察する。
さらに、水-エタノール二成分系およびトルエン-ベンゼン二成分系について、屈折率と組成の関係を調べ、二つの系の間での分子間力の違いについて考察する。

14．相平衡
蒸留装置を組み立て、イソプロピルアルコールとベンゼンの種々の組成の混合溶液についてその気相と液相のモル分率を、予め求めておいた組成と屈折率との検量線より求める。
次に相図を作成し、共沸温度と共沸組成を求める。分子間力と共沸現象との関係について考察する。

15．後半の実験の講評およびレポート指導　　
後半の実験の結果を考察する。
また、実験レポートの作成は、実験結果の報告やデータに基づいた考察を行う上で重要な作業である。実験レポートやデータのまとめ方には数々の基本的な約束事があり、それらについて指導する。
また、実験誤差や統計処理などのデータの取扱いかたについて説明する。

16．試験　　
実験の原理、操作、データの処理方法など、実験の内容についての試験。

教職課程 Teacher-training course	本科目は、教育職員免許状取得（教科：理科）に必要な教科に関する科目の「化学」区分に該当します。ただし、教科に関する科目区分については、入学年度により異なるため、各自、入学年度または適用となる年度の学修簿により確認をしてください。
実務経験 Practical experience	-
教育用ソフトウェア Educational software	-

備考 Remarks

991625H

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