Geum.ru

Программа учебной дисциплины "Аналитическая химия и физико-химические методы анализа" для специальности

Вид материалаПрограмма

Содержание


Тематический план учебной дисциплины
Iii семестр
Iv семестр
Содержание учебной дисциплины
Iv семестр
Список литературы
Подобный материал:


Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»


Кафедра общей и аналитической химии


УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_________________ проф. Галевский Г.В.

«____» ___________ 2007 г.


ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"Аналитическая химия и физико-химические методы анализа"

для специальности

240301 "Химическая технология неорганических веществ"


Новокузнецк

2007

    ВВЕДЕНИЕ

    Современное промышленное производство не может достигнуть требуемого качества продукции без анализа и контроля продуктов производства. Поэтому в профессиональной подготовке студентов химико-технологических специальностей необходимо введение учебной дисциплины «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа».

    Учебная дисциплина тесно связана с другими естественно-научными и математическими дисциплинами: неорганическая химия, физическая химия, математика, информатика.

Программа разработана на основе учебного плана специальности 240301 "Химическая технология неорганических веществ" и построена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования от 27 марта 2000 г.

Изучение учебной дисциплины «Аналитическая химия и физико-хими ческие методы анализа» преследует две основные группы задач:
  • формирование у студентов общего представления о содержании, структуре современной системы методов инструментального анализа веществ, о применении теоретических естественно-научных принципов для получения максимальной полноты информации о веществах и о возможностях использования различных физико-химических свойств исследуемых веществ в качестве аналитических сигналов;
  • ознакомление студентов с практическими методиками анализа, приобретение практических умений и навыков в области инструментальных методов анализа веществ.

Учебная дисциплина включает следующие разделы:
  1. Введение.
  2. Качественный анализ.
  3. Методы количественного анализа.
  4. Оптические методы анализа.
  5. Электрохимические методы анализа.
  6. Хроматография.

Программой дисциплины предусмотрены чтение лекций, проведение лабораторных занятий и самостоятельная работа студентов. Занятия по дисциплине связаны с использованием вычислительной техники.

Учебная дисциплина «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» общим объемом 238 часов изучается в течение третьего семестра и завершается экзаменом, а в четвертом семестре завершается зачетом. Обязательным условием допуска студента к зачету является выполнение и защита лабораторных работ.


ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


Наименование тем

учебной дисциплины
Количество часов

всего
в том числе

лекции
практические
лабораторные
самостоят.

работа

1
2
3
4
5
6

III СЕМЕСТР

Раздел 1. Введение

1.1. Элементный, молекулярный, фазовый анализ

3

1







2

1.2. Методы разделения и концентрирования веществ
5
1






4

Итого по разделу
8
2






6

Раздел 2. Качественный анализ















2.1. Методы качественного анализа
5
1






4

2.2. Характеристика качественных реакций
5
1






4

2.3. Анализ катионов
23
1



20
2

2.4. Анализ анионов
7
1



4
2

Итого по разделу
40
4



24
12

Раздел 3. Методы количественного анализа















3.1. Характеристика аналитических реакций
12
4






8

3.2. Гравиметрический анализ

5
2






3

3.3. Титриметрический анализ
6
2






4

3.3.1. Кислотно-основное титрование
10
2



4
4

3.3.2. Окислительно-восстановительное титрование
9
1



4
4

3.3.3. Осадительное и комплексонометрическое титрование
8
1



4
3

Итого по разделу
50
12



12
26

Итого за семестр
98
18



36
44

IV СЕМЕСТР

Раздел 1. Введение















1.1 Физико-химические методы анализа. Обзор
4
2






2

1.2. Метрологические характеристики методов анализа
8
2






6

Итого по разделу
12
4






8

1
2
3
4
5
6

Раздел 2. Оптические методы анализа















2.1. Оптические методы анализа. Обзор
6
2






4

2.2. Атомный эмиссионный спектральный анализ
28
4



8
16

2.3. Фотоколориметрия
16
2



8
6

2.4. УФ-спектроскопия
8
2






6

2.5. ИК-спектроскопия
8
2






6

Итого по разделу
66
12



16
38

Раздел 3. Электрохимические методы анализа















3.1. Электрохимические методы анализа. Обзор
4
2






2

3.2. Полярография
6
2






4

3.3. Вольтамперометрия
10
2



4
4

3.4. Кондуктометрия
10
2



4
4

3.5. Потенциометрия
10
2



4
4

3.6. Кулонометрия.
6
2






4

Итого по разделу
46
12



12
22

Раздел 4 Хроматография















4.1. Классификация методов
6
2






4

4.2. Жидкостная и газовая хроматография
10
2



4
4

Итого по разделу
16
4



4
8

Итого за семестр
140
32



32
76

Всего
238
50



68
120



СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"Аналитическая химия и физико-химические методы анализа"


III СЕМЕСТР

Раздел 1. Введение.

Тема 1. Элементный, молекулярный, фазовый анализ

Основные понятия об элементном, молекулярном и фазовом анализах.

Тема 2. Методы разделения и концентрирования веществ

Соосаждение. Экстракция. Ионообменная хроматография.

Раздел 2. Качественный анализ.

Тема 1. Методы качественного анализа.

Анализ мокрым и сухим путем. Макро-, полумикро-, микро-, ультрамикрометоды. Капельный метод. Метод растирания порошков. Пирохимический анализ, образование перлов, окрашивание пламени.

Тема 2. Характеристика качественных реакций.

Условия выполнения качественных реакций (температура, концентрация, рН раствора). Специфичность и чувствительность реакций. Открываемый минимум и предельное разбавление. Методы определения рН среды и ее регулирование в процессе аналитического определения.

Тема 3. Анализ катионов.

Дробный и систематический ход анализа. Деление катионов на аналитические группы. Избирательность аналитических реакций. Групповой реагент. Способы устранения влияния мешающих ионов. Реакции обнаружения индивидуальных катионов. Буферные растворы и их применение в анализе.

Тема 4. Анализ анионов.

Общеаналитические реакции анионов. Деление анионов на аналитические группы. Реакции обнаружения индивидуальных анионов.

Раздел 3. Методы количественного анализа.

Тема 1. Характеристика аналитических реакций.

Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям. Константа равновесия. Энергия активации. Катализаторы. Закон действия масс. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Индикаторы титрования. Стандартизация рабочих растворов. Способы выражения концентрации.

Тема 2. Гравиметрический анализ.

Произведение растворимости и влияние различных факторов на растворимость малорастворимых электролитов. Осаждаемая и весовая формы. Количество осадителя. Расчеты, фактор пересчета.

Тема 3. Титриметрический анализ.

Сущность метода. Общие приемы титрования. Расчеты в титриметрическом методе анализа. Классификация титриметрических методов анализа

Тема 3.1. Кислотно-основное титрование.

Метод нейтрализации. Характеристика метода. Установка титра и нормальности рабочего раствора. Кривые титрования. Индикаторы. Значение кривых титрования. Выбор индикаторов. Область применения и точность метода нейтрализации.

Тема 3.2. Окислительно-восстановительное титрование.

Классификация методов оксидиметрии. Понятие об окислительно-восстановительном потенциале. Методы определения конечной точки титрования. Кривые окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Стандартизация рабочего раствора. Точность метода и область применения.

Тема 3.3. Осадительное и комплексонометрическое титрование.

Применение реакций осаждения в титриметрии. Аргентометрия и меркурометрия. Комплексные соединения. Реакции комплексообразования. Индикаторы комплексообразования. Трилонометрия. Применение метода комплексообразования в анализе


IV СЕМЕСТР


Раздел 1. Введение.

Тема 1. Физико-химические методы анализа. Обзор.

Место и роль физико-химических методов анализа в теоретическом развитии аналитической науки и практической области определения состава веществ.

Классификация инструментальных методов анализа. Методы и методики анализа. Принципы выбора метода анализа. Сравнительные характеристики различных методов анализа: чувствительность, точность, избирательность, экспрессность, стоимость, возможность автоматизации и др. Аналитические сигналы.

Тема 2. Метрологические характеристики методов анализа.

Обработка результатов измерений. Погрешности результатов аналитических измерений. Погрешности систематические и случайные. Воспроизводимостъ и правильность анализа. Стандартные образцы. Стандартное отклонение. Относительное стандартное отклонение.

Раздел 2. Оптические методы анализа.

Тема 1. Оптические методы анализа. Обзор.

Природа электромагнитных излучений и место оптического диапазона в общем спектре электромагнитных излучений. Связь структуры электронных атомных спектров излучения со структурой распределения электронных орбиталей в энергетической шкале.

Поглощение света газами, жидкими и твердыми веществами. Избирательность светопоглощения. Отражение и рассеивание света. Энергетические характеристики взаимодействия веществ со световыми излучениями.

Классификация оптических методов анализа.

Тема 2. Атомный эмиссионный спектральный анализ.

Классификация спектральных оптических методов анализа. Происхождение атомного спектра излучения в оптическом диапазоне. Атомизация материала анализируемого вещества. Атомизаторы. Температура атомизации. Спектральные помехи.

Формы регистрации спектров излучения. Монохроматоры. Спектральные приборы.

Качественный анализ по атомным оптическим спектрам излучения. Аналитические линии химических элементов. Резонансные линии. Последние линии. Атласы спектральных линий. Спектропроектор.

Количественный анализ по атомным оптическим спектрам излучения. Зависимость интенсивности спектральных линий от содержания излучающих атомов элемента в анализируемом образце. Плотность почернения спектральных линий на фотопластинках. Микрофотометр. Фотометрия пластинок со спектрами. Метод градуировочного графика и другие методы расчета результатов анализа.

Перспективы развития и внедрения атомной эмиссионной спектроскопии в промышленное производство. Квантометры. Преимущества вакуумных квантометров.

Тема 3. Фотоколориметрия.

Поглощение света веществами. Зависимость светопоглощения от концентрации­ вещества. Основной закон фотометрии. Коэффициент светопропускания, оптическая плотность, коэффициент молярного поглощения. Объективные ошибки фотометрии.

Фотоколориметрия как метод анализа окрашенных растворов. Растворы сравнения. Метод градуировочного графика. Метод добавок. Дифференциальный метод. Кинетический метод. Области применения фотоколориметрического метода.

Тема 4. УФ-спектроскопия.

Получение УФ - спектров, уровень их информативности. Связь структуры органических молекул с характером их УФ - спектров. Измерение концентраций окрашенных веществ в растворах в диапазоне УФ - излучений, преимущества по сравнению с фотоколориметрией. УФ – спектрометры.

Области применения УФ - спектроскопии.

Тема 5. ИК-спектроскопия.

Колебательные и вращательные молекулярные спектры поглощения, характеристические полосы поглощения. Сравнение характеристичности ИК - спектров и УФ - спектров. Значение ИК-спектроскопии в органической химии для анализа структуры и состава молекул.

Раздел 3. Электрохимические методы анализа.

Тема 1. Электрохимические методы анализа. Обзор.

Общие вопросы электрохимии. Электрохимическая ячейка. Гальваничес­кий элемент. Равновесные электрохимические системы. Неравновесные электрохимические системы. Классификация электрохимических методов анализа.

Тема 2. Полярография.

Полярографический метод. Вольтамперограмма. Капающий ртутный электрод. Потенциал полволны. Диффузионный ток. Функциональная зависимость величины диффузионного тока от концентрации вещества, подвергающегося электролизу на капающем ртутном электроде. Области применения полярографического метода.

Тема 3. Вольтамперометрия.

Вольтамперограмма. Прямые, косвенные и инверсионные вольтампероме -трические методы. Индикаторные электроды. Электроды сравнения. Преимущества и недостатки вольтамперометрии со стационарным индикаторным электродом по сравнению с классической полярографией.

Тема 4. Кондуктометрия.

Удельная электропроводность растворов электролитов. Эквивалентная электропроводность. Подвижность ионов в растворах. Зависимость подвижности ионов от природы иона и от концентрации раствора. Кондуктометрическое титрование. Типы кривых кондуктометрического титрования. Области применения кондуктометрического анализа.

Тема 5. Потенциометрия.

Нормальный электродный потенциал. Уравнение Нернста. Индикаторные электроды и электроды сравнения. Методы прямого потенциометрического определения, рН - метрия и ионометрия. Методы потенциометрического титрования. Преимущества потенциометрического титрования перед титрованием с цветными химическими индикаторами. Области применения потенциометрических методов анализа.

Тема 6. Кулонометрия.

Закон Фарадея для электролиза. Прямой кулонометрический метод. Выход по току. Кулонометрическое титрование. Потенциостатическая и амперостатическая кулонометрия. Аппаратура кулонометрических методов анализа.

Раздел 4 Хроматография

Тема 1. Классификация методов.

Классификация хроматографических методов. Бумажная хроматография. Тонкослойная хроматография. Колоночная хроматография. Жидкостная, газовая хроматография. Газо-жидкостная хроматография.

Теория хроматографического разделения веществ. Аппаратура хроматографических методов. Разрешающая сила хроматографических систем. Детектирование сигналов. Способы получения хроматограмм. Хроматографические параметры.

Тема 2. Жидкостная и газовая хроматография.

Аппаратура высокоэффективной жидкостной хроматографии и газо-жидкостной хроматографии. Качественный и количественный анализ по хроматограммам.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛабораторныХ рабоТ

  1. Частные реакции и реакции открытия катионов первой группы.
  2. Решение задачи на смесь катионов смесь катионов первой группы.
  3. Частные реакции и реакции открытия катионов второй группы.
  4. Решение задачи на смесь катионов второй группы.
  5. Частные реакции и реакции открытия анионов.
  6. Решение задачи на смесь анионов. Сухая соль.
  7. Нейтрализация. Определение щелочи в растворе.
  8. Оксидиметрия. Определение хрома в растворе дихромата калия.
  9. Комплексометрия. Определение содержания магния в растворе нитрата магния.
  10. Атомный эмиссионный качественный анализ.
  11. Атомный эмиссионный количественный анализ.
  12. Построение градуировочного графика для определения перманганата калия в растворе.
  13. Фотоколориметрическое определение концентрации KMnO4 в растворе.
  14. Биамперометрическое определение металлов в растворе.
  15. Кондуктометрическое титрование.
  16. Потенциометрическое титрование.
  17. Разделение ионов металлов ионообменной хроматографией.



ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ СамостоятельнЫХ работ


    Самостоятельная работа организована в виде подготовки студентов к выполнению и защите лабораторных работ в соответствии с тематическим планом.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Основная литература


  1. Отто М. Современные методы аналитической химии:в 2 т.:пер. с нем. Т. 1/ М. Отто; под. ред. А.В. Тармаша. – М.: Техносфера, 2003, 2004. – 412, 281 с. : ил.
  2. Васильев В. П. Аналитическая химия. В 2-х кн.: Учебник для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец./ В. П. Васильев; 3-е изд. – М.: Дрофа, 2003.  384 с.
  3. Аналитический контроль металлургического производства: учебник для вузов: в 2 кн./ Ю.А. Карпов, Ф.А. Гиммельфарб, А.П. Савостин, В.Д. Сальников. – М.: Металлургия, 1995. – 400 с.
  4. Смирнов Н.А. Лабораторные работы по курсу « физико- химические методы анализа»: Учебное пособие для вузов / Мос. гос. вечер. металлург. ин-т. –М., 1999. – 72 с.
  5. Брандон Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля: учебное пособие: пер. с англ. / Д. Брандон, У. Каплан. – М.: Техносфера, 2004. – 370с. : ил.
  6. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов: в 2 кн./ Ю.Я. Харитонов. - М.: Высш. шк., 2001. кн. 1: Общие теоретические основы качественный анализ. – 615 с.



Дополнительная литература



  1. Степанов В.П. Основные вопросы теоретической электрохимии: учеб. пособие для вузов / Урал. гос. ун-т. – Екатеринбург: УрГу, 1999. – 221 с.
  2. Геккелер Н. Экштайн Х. Аналитические и препаративные лабораторные методы. - М.: Химия, 1994. – 416 с.



Учебно-методическая литература


  1. Нейтрализация. Определение содержания щелочи в растворе: Метод. указ./Сост.: В.Д. Иванова, О.Р. Глухова, Р.М. Белкина, С.В. Зенцова: СибГИУ.- Новокузнецк, 2004.-8с.
  2. Оксидиметрия. Определение хрома в растворе бихромата: Метод. указ./Сост.: О.Р. Глухова, В.Д. Иванова, Р.М. Белкина, С.В. Зенцова: СибГИУ.- Новокузнецк, 2004.-10с.
  3. Эмиссионный спектральный анализ: Метод. указ./ Сост.: Ю.Г. Дикунов, М.Х. Ахметов: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 21с.
  4. Технический анализ черных металлов.: Метод. указ./ Сост.: Р.М. Белкина, Ю.Г. Дикунов, О.Р. Глухова, В.Д. Иванова: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 5с.
  5. Потенциометрия. Анализ смеси слабой и сильной кислот: Метод. указ./ Сост.: Л.А.Внучкова, Ж.М. Шулина, С.В. Зенцова: СибГИУ. – Новокузнецк, 2006. – 8с.
  6. Определение содержания марганца в растворе фотоколориметрическим методом: Лаб. практ. / Сост.: Л.А.Внучкова, Ж.М. Шулина, С.В. Зенцова: СибГИУ. – Новокузнецк, 2006. -8с.
  7. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсам: “Аналитическая химия”, “Физические и химические методы анализа”, “Методы анализа химического состава”. Спектрометрия и фотоколориметрия: Метод. указ./ Сост.: Р.М.Белкина, Ю.Г.Дикунов: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 16с.
  8. Методические указания к выполнению лабораторной работы “Частные реакции катионов II группы, восстанавливающихся из растворов при добавлении металла” по курсу аналитической химии: Метод. указ./ Сост.: Р.М.Белкина, Ю.Г.Дикунов: СибГИУ – Новокузнецк, 2002. – 13с.
  9. Лабораторные работы по курсу аналитической химии “Дробный анализ катионов”: Метод. указ./ Сост.: О.Р.Глухова, Р.М.Белкина, Ю.Г.Дикунов: СибГИУ. – Новокузнецк, 2002. – 79с.
  10. Комплексометрия. Определение содержания магния в растворе азотнокислого магния: Метод. указ./Сост.: Р.М.Белкина, О.Р. Глухова, В.Д. Иванова: СибГИУ.- Новокузнецк, 2004.-7с.


Составители:

к.х.н., доцент О.Р. Глухова

к.х.н., доцент М.Х. Ахметов


Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры общей и аналитической химии 11 апреля 2007, протокол № 6.


зав. кафедрой общей и

аналитической химии

д.х.н., проф. В.Ф. Горюшкин


Согласовано:


Согласовано:


зав. кафедрой металлургии

цветных металлов и

химической технологии

д.т.н., профессор Г.В. Галевский


старший методист

методического отдела Е.А. Логунова