前瞻科技-應用化學

Advanced Technologies – Applied Chemistry

學期

110-2

學分

3 學分

當期課號

5498

永久課號

IAT5137

開課單位

理學院碩士在職專班-應用科技組

授課教師

李大偉

校區

光復

類別

選修

上課時間表

節	週六
2 09:00–09:50	前瞻科技-應用化學 SC201 3 節連堂
3 10:10–11:00
4 11:10–12:00

* 根據陽明交大上課時間表所列

概述

本課程的教學理念利用網路開放式教育數位資源及計算化學軟體SPARTAN以隨堂實作方式的教學活動吸引學生主動學習化學原理。課程內容包括: 1. 微觀的化學世界:從原子模型及量子力學的觀點出發去探討探索原子活性的來源、化學鍵的原理與化學反應的可能路徑。 2. 巨觀的化學世界:為何物質存在三種基本形態,何時可自然產生相變化,何時可自然產生化學反應,為何化學反應可導致電力的產生本課程希望同學在學習後能對自然界中的物理變化及化學反應有更深層的瞭解與興趣。

先修科目

高中化學

教學方式

開放式教育數位資源: 開放式教科書: 1. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_Chemistry_-_The_Central_Science_(Brown_et_al.) 2. https://openstax.org/details/books/chemistry-2e 開放式化學軟體或免費教育版: 1. ChemCollective: http://chemcollective.org/home 2. Phet: https://phet.colorado.edu/zh_TW/ 3. Molecular WorkBench: http://mw.concord.org/modeler/ 4. Jmol: http://jmol.sourceforge.net/ 5. BIOVIA Discovery Studio Visualizer: https://discover.3ds.com/discovery-studio-visualizer-download 6. BIOVIA Draw for Academics: https://discover.3ds.com/biovia-draw-academic 7. Diamond - Crystal and Molecular Structure Visualization: https://www.crystalimpact.com/diamond/download.htm

評分方式

隨堂作業的總平均佔 100%

週次計畫

週次	主題
第 1 週	9:00~9:50 課程介紹--微觀化學與巨觀化學世界。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:認識如何操作虛擬化學實驗軟體 Virtual Labs ,並複習「基本化學知識」:濃度、密度與計量係數 ---------------- 2/19 同步遠距上課:課程簡介與虛擬化學實驗實作 https://nycu.webex.com/nycu/e.php?MTID=mbc1a2df9fa251cde771c3977f0fdfea4 參與者亦需知道會議密碼:5498
第 2 週	9:00~10:20 簡介氫原子結構與量子力學的基本觀念。休息10分鐘 10:30~11:50 實作活動:利用EXCEL繪製波函數。
第 3 週	9:00~9:50 多電子的原子結構與週期表的關係。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:利用計算化學SPARTAN繪製原子軌域及原子靜電位能圖瞭解原子活性的來源。
第 4 週	9:00~9:50 預測分子內合理的原子與共價鍵的排列:路易士結構。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:手繪Lewis Structure:共振結構、計算形式電荷及預測結構。紙上作業必須拍照上傳,亦可利用平板電腦繪圖上傳。
第 5 週	9:00~9:50 預測分子幾何形狀:電子對排斥理論與價鍵理論。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:手繪Lewis Structure:分子幾何形狀、預測極性及繪製分子軌域重疊形狀。紙上作業必須拍照上傳,亦可利用平板電腦繪圖上傳。
第 6 週	9:00~9:50 分子軌域理論的基礎理論:雙原子的分子軌域休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動: 1. 利用計算化學軟體SPARTAN瞭解F2, N2 及 HF 的分子軌域幾何形狀、能階高低與原子軌域的貢獻程度 2. 學習如何使用HTML及JMOL將分子軌域展示在網頁上
第 7 週	停課一次(校際活動)
第 8 週	9:00~9:50 認識過度金屬與錯化合物。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動: 1. 利用 Biovia Visualizer 繪製錯化合物的同分異構物。 2. 學習如何使用HTML及JMOL將錯化合物展示在網頁上
第 9 週	9:00~10:20 化學反應動力學。休息10分鐘 10:30~11:50 實作活動: 1. 利用計算化學軟體SPARTAN瞭解H2O與Cl-CH3-OH的振動模式 2. 學習如何使用HTML及JMOL將分子的振動模式展示在網頁上
第 10 週	9:00~9:50 物質三態:氣體與分子間作用力。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:利用PhET模擬軟體瞭解理想氣體動力學。
第 11 週	9:00~9:50 物質三態:液體及固體。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動: 1. 利用Diamond軟體繪製結晶結構。 2. 學習如何使用HTML及JMOL將分子的振動模式展示在網頁上
第 12 週	9:00~9:50 化學反應熱力學:認識熱力學第一定理。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:利用虛擬化學實驗軟體 Virtual Labs 計算化學反應熱。
第 13 週	9:00~9:50 化學反應熱力學:認識熱力學二定理。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:瞭解 Virtual Labs程式設計原理 ,實驗儀器與化學藥品的設定,修改虛擬實驗活動。
第 14 週	9:00~9:50 化學反應平衡。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:瞭解 Virtual Labs程式設計原理,Virtual Labs程式 –物質的熱力學基本資料、化學反應參數,建置新的虛擬化學實驗。
第 15 週	9:00~9:50 電化學。休息10分鐘 10:00~11:50 實作活動:複習酸鹼辦反應平衡、計算電動勢 -- 標準狀態、非標準狀態及燃料電池。
第 16 週	停課一次(端午節)
第 17 週	9:00~9:50 如何利用EXCEL解複雜計算化學反應平衡 (此為深入淺出的課程輕輕點過深澀理論,但以輕鬆方法解題。視學生學習狀態也可以改為酸鹼滴定。) 1. 需要計量係數的解法 2. 不需要計量係數的解法休息10分鐘 10:00~11:50 如何利用EXCEL solver幫忙解平衡計算。

教科書

參考書(不需購買) 1. Brown et al. "Chemistry: The Central Science" 14th ed., Pearson 2018 高立書局代理 2. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_Chemistry_-_The_Central_Science_(Brown_et_al.) 3. https://openstax.org/details/books/chemistry-2e

Office Hours

地點: 科學二館SB331
時間: 星期五下午4:00~5:00 (請務必事先預約)
聯絡方式: twli@nycu.edu.tw 校內分機:56584