Geum.ru

Рабочая программа дисциплины «Аналитическая химия» Модуль «Теоретические основы аналитической химии. Химические методы анализа»

Вид материалаРабочая программа

Содержание


4.2 Содержание дисциплины
Типы химических реакций и процессов в аналитической химии.
Равновесие в системе раствор - осадок
Кислотно-основные реакции
Реакции комплексообразования
Окислительно-восстановительные реакции
Уметь: пользоваться справочной информацией по аналитической химии. Владеть
Метрологические основы химического анализа
Знать: 1)основные методы (этапы) анализа и их значимость для получения аналитической информации. Уметь
Методы обнаружения и идентификации
Гравиметрический метод анализа
Титриметрические методы анализа
Кислотно-основное титрование.
Окислительно-восстановительное титрование
Комплексометрическое титрование
Осадительное титрование
Подобный материал:
1   2   3

Примечание: Практические занятия проводятся в компьютерном классе с использованием разработанного электронного задачника, содержащего расчетные задания разного уровня для усвоения соответствующих разделов модуля и приобретения навыков проведения вычислений в химическом анализе, а также с использованием учебного пособия «Руководство к решению задач по курсу «Аналитическая химия. Ч.1.».


4.2 Содержание дисциплины

Содержание разделов базового обязательного модуля дисциплины


№
Наименование

раздела

дисциплины
Содержание раздела дисциплины
Результат обучения, формируемые компетенции

1.
Введение
Предмет аналитической химии, ее структура. Индивидуальность аналитической химии, ее место в системе наук, связь с практикой. Значение аналитической химии в развитии естествознания, техники и сфер народного хозяйства. Основные аналитические проблемы: снижение предела обнаружения; повышение точности и избирательности; обеспечение экспрессности; анализ без разрушения; локальный анализ; дистанционный анализ. Задачи химического анализа. Виды анализа: изотопный, элементный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый. Химические, физические и биологические методы анализа. Макро-, микро- и ультрамикроанализ.

Основные этапы развития аналитической химии. Современное состояние и тенденции развития аналитической химии: инструментализация, автоматизация, математизация, миниатюризация, увеличение доли физических методов, переход к многокомпонентному анализу. Создание и использование сенсоров и тест-методов. Химико-аналитическая литература. Справочные источники информации.

Основные стадии (методы) химического анализа и их роль в конечном результате анализа.
Знать: 1)значение аналитической химии в системе наук, понимать роль химического анализа и аналитических сервисных служб в жизни общества;

    2)основные методы (этапы) анализа и их значимость для получения аналитической информации.

Владеть:

понятиями, терминологией химических методов анализа.

ПК-1

2.
Теоретические

основы

аналитической химии
Типы химических реакций и процессов в аналитической химии. Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, окисления-восстановления, комплексообразования. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Константы равновесия реакций и процессов.

Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Ионы. Сольватация, ионизация, диссоциация. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Теория Дебая - Хюккеля. Коэффициенты активности. Концентрационные константы.

Описание сложных равновесий. Общая и равновесная концентрации. Условные константы. Графическое описание равновесий (распределительные и концентрационно-логарифмические диаграммы).

Скорость реакций в химическом анализе. Быстрые и медленные реакции. Элементарные стадии реакции. Факторы, влияющие на скорость. Катализаторы, ингибиторы. Автокаталитические реакции. Индуцированные и сопряженные реакции. Понятие об индукторе, акторе, акцепторе. Индукционный фактор. Примеры ускорения и замедления реакций и процессов, используемых в химическом анализе. Управление реакциями и процессами в аналитической химии.

Равновесие в системе раствор - осадок. Константа равновесия гетерогенной системы осадок - раствор. Константа растворимости (произведение растворимости) малорастворимых электролитов: термодинамическая, концентрационная, условная. Условия образования и растворения. Полнота осаждения. Фракционное осаждение и растворение. Вычисление растворимости осадков по величине констант и констант по растворимости. Факторы, влияющие на растворимость осадков: температура, ионная сила, действие одноименного иона, реакции протонирования, комплексообразования, окисления-восстановления, структура и размер частиц. Примеры использования реакций осаждения и растворения в анализе. Принципы расчета потерь при промывании осадков.

Схема образования осадка. Кристаллические и аморфные осадки. Зависимость структуры осадка от его индивидуальных свойств и условий осаждения. Зависимость формы осадка от скорости образования и роста первичных частиц. Гомогенное осаждение (метод МВР). Условия получения кристаллических осадков. Старение осадка. Причины загрязнения осадка. Классификация различных видов соосаждения. Положительное и отрицательное значение явления соосаждения в анализе. Особенности образования коллоидно-дисперсных систем и предупреждение этого явления.

Кислотно-основные реакции. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Льюиса. Теория Бренстеда - Лоури. Равновесие в системе кислота - сопряженное основание и растворитель. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.

Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Вычисления рН растворов незаряженных и заряженных кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смеси кислот и оснований. Расчет рН при взаимодействии кислоты и основания.

Реакции комплексообразования. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии и их классификации. Ступенчатое комплексообразование.

Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), функция образования (среднее лигандное число), функция закомплексованности, степень образования комплекса. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений и ее значение в титриметрии. Свойства комплексных соединений, имеющие аналитическое значение: устойчивость, растворимость, окраска, летучесть.

Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и селективности анализа с использованием комплексных соединений. Примеры.

Основные направления использования органических реагентов в химическом анализе. Понятие о функционально-аналитических группах. Влияние их природы в молекуле реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими реагентами типа H2O, NH3 и H2S и кислород-, азот-, серосодержащими органическими реагентами.

Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов: природа донорных атомов и структура реагента, размер цикла, число циклов, характер связи металл-лиганд. Хелатный эффект.

Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для маскирования, разделения, обнаружения, определения ионов металлов. Основные направления использования ЭДТА – двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Окислительно-восстановительные реакции. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакции окисления и восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Понятие о смешанных потенциалах. Механизмы окислительно-восстановительных реакций. Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.

Знать:

    1)теоретические представления о состоянии веществ в растворах, о химическом равновесии при протекании разных типов химических реакций и процессов, необходимые для управления реакциями и процессами в методах разделения, обнаружения и определения.

    Уметь:

    пользоваться справочной информацией по аналитической химии.

    Владеть:

    1)расчетами ионных равновесий в растворе;

    2) методологией выбора реагентов, условий проведения реакций.

ПК-2,

ПК-3

3.

Метрологические основы

химического анализа
Метод и методика анализа. Выбор метода анализа и составление схем анализа. Абсолютные (безэталонные) и относительные методы анализа. Основные метрологические понятия и представления: измерение, методы и средства измерений, метрологические требования к результатам измерений, основные принципы и способы обеспечения достоверности результатов измерений, погрешности. Аналитический сигнал и помехи. Объем информации в аналитическом сигнале. Способы определения содержания по данным аналитических измерений. Применение ЭВМ.

Основные характеристики метода анализа: правильность и воспроизводимость, коэффициент чувствительности, предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний. Классификация погрешностей анализа. Систематические и случайные погрешности. Погрешности отдельных стадий химического анализа. Способы оценки правильности: использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами. Стандартные образцы.

Статистическая обработка результатов измерений. Закон нормального распределения случайных ошибок, t- и F-распределения. Среднее, дисперсия, стандартное отклонение. Сравнение дисперсии и средних двух методов анализа.

Требования к метрологической оценке в зависимости от объекта и цели анализа. Способы повышения воспроизводимости и правильности анализа. Организация и методология метрологического обеспечения деятельности аналитической службы. Поверка аппаратуры, аттестация нестандартных средств измерений и методик анализа. Аккредитация лабораторий.

    Знать: 1) основные методы (этапы) анализа и их значимость для получения аналитической информации; 2) принципы, возможности, метрологические характеристики, области использования и объекты химических методов анализа – гравиметрии и титриметрии.

    Уметь: 1) обрабатывать и представлять результаты анализа в соответствии с метрологическими требованиями; 2)пользоваться справочной информацией по аналитической химии.

    Владеть: 1)

методологией выбора методов в зависимости от аналитических задач и объекта анализа; 2) метрологическими основами химического анализа.

ПК-1, ПК-2

ПК-8

4.
Отбор и

подготовка

пробы

к анализу
Представительность пробы; проба и объект анализа; проба и метод анализа. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Способы получения средней пробы твердых, жидких и газообразных веществ; устройства и приемы, используемые при этом; первичная обработка и хранение проб; дозирующие устройства.

Основные способы перевода в форму, необходимую для данного вида анализа; растворение в различных средах; спекание, сплавление, разложение под давлением, разложение при помощи высокочастотного разряда и в плазме; комбинирование различных приемов, особенности разложения органических соединений; способы устранения и учета загрязнений и потерь компонентов при пробоподготовке.

    Знать: 1)основные методы (этапы) анализа и их значимость для получения аналитической информации.

Уметь: выполнять операции в химических методах анализа.

ПК-1,

ПК-2

5.

Методы

обнаружения и идентификации
Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации химических соединений. Идентификация атомов, ионов и веществ. Физические методы обнаружения и идентификации неорганических и органических веществ. Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков. Бумажная хроматография в качественном анализе. Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях. Тест-методы обнаружения веществ. Примеры практического применения методов обнаружения.

Характеристика аналитических реакций. Селективные и специфические реагенты. Способы понижения предела обнаруженая: изменение концентрации реагирующих веществ; изменение концентрации ионов водорода; введение органических растворителей, смешивающихся с водой; образование смешаннолигандных комплексных соединений, экстракция, соосаждение. Способы повышения избирательности (селективности) аналитической реакции: маскирование мешающих ионов и демаскирование обнаруживаемого иона, изменение рН раствора, экстракция. Классификация катионов и анионов и деление их на аналитические группы. Периодический закон Д.И. Менделеева и его роль в аналитической химии. Дробный и систематический ход анализа. Схемы качественного анализа (сероводородные и бессероводородные). Применение реакций образования осадка, окрашенных соединений, выделения газа.

Примеры практического применения методов обнаружения. Обнаружение основных компонентов и примесей в минералах, горных породах, сплавах, реактивах, удобрениях. Анализ почв, природных и сточных вод. Методы обнаружения и идентификации органических веществ.

    Знать: 1)теоретические представления о состоянии веществ в растворах, о химическом равновесии при протекании разных типов химических реакций и процессов, необходимые для управления реакциями и процессами в методах разделения, обнаружения и определения; 2) основные методы (этапы) анализа и их значимость для получения аналитической информации.

    Уметь:

    1) обращаться с аналитическим оборудованием, посудой, реактивами и выполнять операции в химических методах анализа, в соответствии с требованиями техники безопасности; 2) пользоваться справочной информацией по аналитической химии.

    Владеть:

1)понятиями, терминологией химических методов качественного химического анализа; 2) методологией выбора реагентов, условий проведения реакций, методов в зависимости от аналитических задач и объекта анализа.

ПК-1, ПК-2,

ПК-3

6.

Гравиметрический метод

анализа
Сущность гравиметрического анализа, преимущества и недостатки метода. Прямые и косвенные методы определения. Важнейшие органические и неорганические осадители. Достоинства органических осадителей. Погрешности в гравиметрическом анализе.

Общая схема определений. Требования к осаждаемой и гравиметрической формам. Изменения состава осадка при высушивании и прокаливании. Понятие о термогравиметрическом анализе.

Аналитические весы. Чувствительность весов и ее математическое выражение. Факторы, влияющие на точность взвешивания. Техника взвешивания.

Примеры практического применения гравиметрического метода анализа. Определение элементов (железа, алюминия, титана) в виде оксидов. Определение кальция и магния; источники ошибок при их определении. Определение серы, галогенов в неорганических и органических соединениях. Различные методы определения фосфора и кремния. Применение органических реагентов для определения элементов.

    Знать: 1) понимать роль химического анализа и аналитических сервисных служб в жизни общества; 2) теоретические представления о состоянии веществ в растворах, о химическом равновесии при протекании реакций и процессов осаждения; 3)основные этапы анализа и их значимость для получения аналитической информации; 4)

    принципы, возможности, метрологические характеристики, области использования и объекты гравиметрии;

    Уметь: 1)обращаться с аналитическим оборудованием, посудой, реактивами и выполнять операции в гравиметрии в соответствии с требованиями техники безопасности; 2) обрабатывать и представлять результаты анализа в соответствии с метрологическими требованиями; 3)пользоваться справочной информацией по аналитической химии.

    Владеть: 1) расчетами кривых титрования и результатов анализа; 2) понятиями, терминологией гравиметрии; 3) методологией выбора реактивов; 4) метрологическими основами химического анализа.


ПК-1 - ПК-3,

ПК-4, ПК-8

7.

Титриметрические методы

анализа


Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе. Виды титриметрических определений: прямое и обратное, титрование заместителя. Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент. Молярная масса эквивалента. Первичные стандарты, требования к ним. Фиксаналы. Вторичные стандарты.

Виды и значение кривых титрования. Скачок титрования. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Погрешности в титриметрических методах анализа. Индикаторные погрешности титрования. Автоматические титраторы.

Кислотно-основное титрование. Построение кривых титрования. Влияние величины констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований, температуры на характер кривых титрования. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Кислотно-основные индикаторы. Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований. Примеры практического применения.

Первичные стандарты для установления концентрации растворов кислот и оснований. Приготовление и стандартизация растворов соляной кислоты и гидроксида натрия. Титрование кислот, оснований, смесей кислот и смесей оснований. Анализ смесей карбоната и гидрокарбоната натрия, карбоната и гидроксида натрия. Определение азота по методу Кьельдаля и солей аммония прямым и косвенным методами. Определение нитратов и нитритов.

Окислительно-восстановительное титрование. Построение кривых титрования. Факторы, влияющие на характер кривых титрования: концентрация ионов водорода, комплексообразование, ионная сила. Способы определения конечной точки титрования; индикаторы. Погрешности титрования. Методы окислительно-восстанови-тельного титрования. Перманганатометрия. Определение железа(II), марганца(II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов. Иодометрия и иодиметрия. Условия иодометрического титрования. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Определение арсенитов, арсенатов, железа (III), меди(II), галогенид-ионов, пероксидов, кислот. Определение воды по Фишеру и функциональных групп органических соединений. Бихроматометрия. Определение железа(II), урана(IV). Броматометрия, цериметрия, ванадатометрия, титанометрия, хромометрия. Первичные и вторичные стандарты. Индикаторы. Определение неорганических и органических соединений.

Комплексометрическое титрование. Неорганические и органические титранты в комплексометрии. Использование аминополикар боновых кислот в комплексонометрии. Построение кривых титрования. Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, косвенное. Селективность титрования и способы ее повышения. Погрешности титрования. Примеры практического применения. Определение кальция, магния, железа, алюминия, меди, цинка в растворах чистых солей и при совместном присутствии.

Осадительное титрование. Построение кривых титрования. Погрешности титрования. Влияние адсорбции на точность титрования. Примеры практического применения. Аргентометрия. Индикаторы при титровании по методам Мора, Фаянса, Фольгарда. Способы обнаружения конечной точки титрования; индикаторы в других методах осадительного титрования.

    Знать: 1) понимать роль химического анализа и аналитических сервисных служб в жизни общества; 2)теоретические представления о химическом равновесии при протекании разных типов химических реакций и процессов; 3)основные методы (этапы) анализа и их значимость для получения аналитической информации; 4)

    принципы, возможности, метрологические характеристики, области использования и объекты титриметрии;

    Уметь: 1)обращаться с аналитическим оборудованием, посудой, реактивами и выполнять операции в титриметрии в соответствии с требованиями техники безопасности; 2) обрабатывать и представлять результаты анализа в соответствии с метрологическими требованиями; 3)пользоваться справочной информацией по аналитической химии.

    Владеть: 1) расчетами кривых титрования и результатов анализа; 2) понятиями, терминологией титриметрии; 3) методологией выбора методов в зависимости от аналитических задач и объекта анализа; 4) метрологическими основами химического анализа.


ПК-1 - ПК-3,

ПК-4, ПК-8