化學一
教師: 李大偉

2016/07/01 ~ 2016/08/31
36小時/8週 (報名結束)

摘要

本課程可分為兩大部分:「微觀化學世界」及「巨觀化學世界 -- 基礎篇」。

「微觀化學世界」這部分課程內容是以量子力學的觀點出發去探討探索原子與分子活性的本質,包括瞭解如何利用原子軌域的特性如何影響原子的週期性及認識化學鍵的三個重要理論,與如何利用這三個理論解釋分子的特性,包括極性、化學活性、磁性甚至導電性。

「巨觀化學世界 -- 基礎篇」這部分課程內容是在探討當一莫爾(6×10^23)為單位聚集在一起的系統時到底與與一個分子單獨存在的最大差異在哪裡。此部分的課程就是在介紹物質三態與這三種形態轉變時(或是化學反應)中能量交換的基本理論 -- 熱力學。熱力學不但涵蓋能量守恆原理,更重要的是預測物理化學變化是否能自然發生?我們從物質三態談起,最後希望讓大家能瞭解科學家如何預測化學反應的自發性。

課程目標

「微觀化學世界」的課程目標:

  • 瞭解電子在原子中運動的幾何形狀,並能計算不同運動的電子能量。
  • 瞭解電子的運動狀態如何影響原子的活性,並能清楚解釋週期表上原子的特性。
  • 瞭解古典分子模式的化學鍵模型(包括離子鍵與共價鍵),並能清楚繪製路易士結構(Lewis Structure)。
  • 瞭解分子的共振結構,並能清楚計算Formal Charge來辨別其穩定性。
  • 瞭解利用「電子對排斥理論」從 Lewis Structure預測此分子的3D立體結構。
  • 瞭解「價鍵理論」如何在 Lewis Structure模式下,將原子軌域與古典分子模行進行完美的混成。
  • 瞭解「分子軌域理論」建立出化學鍵的新模型。
  • 利用「分子軌域理論」解釋分子顏色、導電性與磁性的由來。

「巨觀化學世界 -- 基礎篇」的課程目標:

  • 清楚瞭解「分子動力學」的來龍去脈 -- 溫度其實就是分子平均動能的巨觀表現。
  • 可以清楚說明理想氣體與真實氣體定性上的差異,並利用狀態方程式精準計算定量上的差異。
  • 清楚瞭解液體結構的特性。
  • 清楚瞭解固體結晶結構的特性,包括:金屬結晶、鹽類結晶與共價鍵結晶
  • 熱力學第1定律能量守恆 -- 內能及熱焓的守恆
  • 熱力學第2定律自發性的判別 -- 熵與自由能

授課教師

李大偉老師

國立交通大學 應用化學系

本課程授課教師為李大偉博士。
學歷:國立清華大學化工學士。羅徹斯特大學化工博士。
經歷:中央研究院化學所博士後研究。國立交通大學應用化學系助理教授。
專長領域:統計熱力學、分子動力的MC及MD電腦模擬及計算化學模擬軟體。
教學經驗:15年教學經驗,教過的課程包括普通化學、化學資訊、計算機概論、生活化學、化工熱力學及工程數學。
教學獎勵獲獎記錄:國立交通大學97學年優良教學獎及100學年傑出教學獎。

課程進度表

第1週:量子的世界《7月1日起開放》

第2週:多電子原子與週期表《7月1日起開放》

第3週:化學鍵《7月15日起開放》

第4週:分子結構與作用力《7月15日起開放》

第5週:氣體性質《7月29日起開放》

第6週:液體與固體《7月29日起開放》

第7週:熱力學第一定律《8月12日起開放》

第8週:熱力學第二及三定律《8月12日起開放》

第9週:期中考準備與應考區《7月15日起開放》

第10週:期末考準備與應考區《7月15日起開放》

上課形式

課程進度:

第一週 7/4(週一)第一次師生會面(可自由參加)

  • 上課時間:下午1:20~3:00
  • 上課地點:交通大學資訊服務中心(即為舊的計算機中心)PC4教室。
  • 上課內容:
    • 解釋交大新生學院上課的形式:「免費自由學習」與「學分學習班」(包括交大校內課程:「霹靂優化學一」與「暑修化學一」)

第一週 7/1~7/7 「量子的世界」課程內容包括:

  • 第 1 章課程的網路影音約6小時
  • 第 1 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分) 

第二週 7/8~7/14 「多電子原子與週期表」課程內容包括:

  • 第 2 章課程的網路影音約6小時
  • 第 2 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分)

第三週 7/15~7/21 「化學鍵」課程內容包括:

  • 第 3 章課程的網路影音約6小時
  • 第 3 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分)

第四週 7/22~7/28 「分子結構與作用力 」課程內容包括:

  • 第 4 章課程的網路影音約6小時
  • 第 4 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分)

期中考分為兩種形式:

  • 「免費自由學習」:網路實戰期中考(每次網路實戰小考時間60分鐘,三次機會取最高分)
  • 「學分學習班」(包括交大校內課程:「霹靂優化學一」與「暑修化學一」):
    • 考試時間:7/29(週五)下午1:20~3:20
    • 考試地點:交通大學科二館210教室,考卷為英文試題。請務必攜帶工程型計算機。 
    • 考試內容:第1、2、3及4章

第五週 7/29~8/4 「氣體性質」課程內容包括:

  • 第 5 章課程的網路影音約6小時
  • 第 5 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分) 

第六週 8/5~8/11 「液體與固體」課程內容包括:

  • 第 6 章課程的網路影音約6小時
  • 第 6 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分)

第七週 8/12~8/18 「熱力學第一定律 」課程內容包括:

  • 第 7 章課程的網路影音約6小時
  • 第 7 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分)

第八週 8/19~8/25 「熱力學第二及三定律 」課程內容包括:

  • 第 8 章課程的網路影音約6小時
  • 第 8 章網路實戰小考(每次網路實戰小考時間30分鐘,兩次機會取最高分)

期末考分為兩種形式:

  • 「免費自由學習」:網路實戰期中考(每次網路實戰小考時間60分鐘,三次機會取最高分)
  • 「學分學習班」(包括交大校內課程:「霹靂優化學一」與「暑修化學一」):
    • 考試時間:8/26(週五)下午1:20~3:20
    • 考試地點:交通大學科二館210教室,考卷為英文試題。請務必攜帶工程型計算機。 
    • 考試內容:第5、6、7及8章

評分標準

  • 每次小考最高分為100分。此堂課總共有8次小考,所有小考的平均佔總成績20%。
  • 期中考最高分為100分佔總成績的40%。
  • 期末考最高分為100分佔總成績的40%。

通過標準


課程及格標準:60分滿分:100分

先修科目或先備能力

  • 高一化學
  • 熟悉三角函數的基本計算與其圖形,同時也需瞭解三角函數的微積分運算。
  • 熟悉指數與對數函數的基本計算與其圖形,同時也需瞭解指數與對數函數的微積分運算。

建議參考書目

"University Chemistry" by Brian B. Laird, McGraw-Hill, 2009. 東華書局新月圖書代理。

常見問答集

(1)  問:何謂「免費自由學習」?
      答:在ewant平台的「新生學院」的「化學一」課程首頁(http://www.ewant.org/admin/tool/mooccourse/mnetcourseinfo.php?hostid=5&id=381)報名學習就是「免費自由學習」的學生。「化學一」課程提供8次網路實戰小考、網路期中考及網路期末考。此課程要求完成下列測驗:

  • 8次網路實戰小考(8次小考的平均佔總成績20%)
  • 網路實戰期中考(佔總成績40%)
  • 網路實戰期末考(佔總成績40%)

學習者可以藉由網路測驗評估自己學習成果,如總成績超過(含) 60分者,即可免費獲得電子版線上課程修課通過證明,雖然無法換取大學之學分證書,但仍是肯定自我的鼓勵。

(2)  問:何謂「學分學習班」?
      答:在交大課務組註冊選修暑修課程中的「化學一」與在交大推廣教育中心註冊選修「霹靂優化學一」的學生。此課程要求完成下列測驗:

  • 8次網路實戰小考(8次小考的平均佔總成績20%)
  • 實體期中考(佔總成績40%)
  • 實體期末考(佔總成績40%)

總成績超過(含) 60分者,將可獲得交大教務處認可「化學一」3學分。