Учебно-методический комплекс по дисциплине специальность 032300. 00 (050101)- химия с дополнительной специальностью «Профессиональное обучение (охрана окружающей среды и природопользование)»

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание 1. Требования гос впо по дисциплине 2. Рабочая учебная программа 2.2. Требования к уровню освоения содержания Б. Методы количественного анализа В. Правила работы в химической лаборатории 2.3. Объем дисциплины и виды учебной работы 2.4. Содержание дисциплины 2.4.2. Содержание разделов дисциплины Теоретические основы аналитической химии 2. Закон действия масс и гетерогенные процессы 3. Кислотно-основные равновесия и их роль в аналитической химии 4. Окислительно-восстановительные равновесия 5. Коллоидные системы в химическом анализе 6. Равновесия в комплексообразовании и их роль 7. Методы разделения и концентрирования веществ Экстракционные методы разделения Хроматографические методы разделения Качественный анализ Качественный анализ катионов 3. Качественный анализ анионов и сухого вещества ... Полное содержание

Подобный материал:

• Программа учебной практики методика преподавания химии Направление 050000 Образование, 796.83kb.
• Программа учебной дисциплины «Аналитическая химия» для специальности 050101 «Химия», 454.29kb.
• Программа учебной дисциплины «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии», 531.6kb.
• Программа учебной практики прикладная химия Направление 050000 Образование и Педагогика, 120.56kb.
• Программа учебной дисциплины «Органический синтез» для специальности 050101 «Химия», 454.93kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Природопользование Направления подготовки, 382.26kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины для преподавателей по специальности История, 2951.19kb.
• Учебно-методический комплекс учебной дисциплины Математическое моделирование 032100., 547.37kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины «Биологическая химия» вузовского компонента, 1324.02kb.
• Рабочая программа элективного курса «Химия и охрана окружающей среды», 82.96kb.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию


ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический

университет им. И. Я. Яковлева»


АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ


УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ПО ДИСЦИПЛИНЕ


Специальность 032300.00 (050101)– Химия с дополнительной

специальностью «Профессиональное обучение

(охрана окружающей среды и природопользование)»


Чебоксары

2007


УДК 543

ББК 24.4

А – 64


Аналитическая химия : учебно-методический комплекс по дисциплине : специальность 032300.00 (050101) – Химия с дополнительной специальностью «Профессиональное обучение (охрана окружающей среды и природопользование)» / сост. О. В. Кольцова. – Чебоксары : Чуваш. гос. пед. ун-т, 2007. – 59 с.


Печатается по решению ученого совета ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева»


Рецензенты:

Михайлов В. И., канд. хим. наук, доцент кафедры химии ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева» ;

Федотова Л. Г., канд. пед. наук, доцент кафедры химии ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».


© Кольцова О. В., составление, 2007

© ГОУ ВПО «Чувашский

государственный педагогический

университет им. И. Я. Яковлева»,

2007


Учебное издание


Аналитическая химия

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Специальность 032300.00 (050101)– Химия с дополнительной специальностью «Профессиональное обучение (охрана окружающей среды и природопользование)»


Составитель:

Кольцова Ольга Васильевна


Подписано в печать 29.06.07. Формат 60×84/16.

Бумага писчая. Печать оперативная.

Усл. печ. л. 3,7. Тираж 25 экз. Заказ №


ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический

университет им. И. Я. Яковлева»

428000, Чебоксары, ул. К. Маркса, 38


Отпечатано на участке оперативной полиграфии

ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический

университет им. И. Я. Яковлева»

428000, Чебоксары, ул. К. Маркса, 38


1. ТРЕБОВАНИЯ ГОС ВПО ПО ДИСЦИПЛИНЕ


ДПП.Ф.04 Аналитическая химия

Метрологические основы химического анализа. Теория и практика пробоотбора. Типы реакций и процессов в аналитической химии. Кислотно-основные реакции. Методы выделения, разделения и концентрирования. Гравиметрические, титриметрические, кинетические, электрохимические и спектроскопические методы анализа. Основные объекты анализа.


2. РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА


2.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ


1.1. Цель изучения дисциплины

Формирование необходимых теоретических и практических знаний о химических и физико-химических методах качественного и количественного анализа веществ.

1.2. Дисциплина ориентирует на следующие виды профессиональной деятельности:

учебно-воспитательную,

социально-педагогическую,

культурно-просветительскую,

научно-методическую,

организационно-управленческую.

1.3. Изучение дисциплины способствует решению следующих типовых задач профессиональной деятельности:

осуществлению процесса обучения химии в соответствии с образовательной программой;

планированию и проведению учебных занятий по химии с учетом специфики тем и разделов программы и в соответствии с учебным планом;

применению теоретических знаний, полученных в ходе изучения химических дисциплин, для определения качественного и количественного состава анализируемых объектов, для идентификации веществ, а также для организации такой работы со школьниками на уроке и во внеурочное время;

использованию современных средств оценивания результатов обучения;

воспитанию учащихся с целью формирования у них духовных, нравственных ценностей и патриотических убеждений;

реализации личностно-ориентированного подхода к образованию и развитию обучающихся с целью создания мотивации к обучению.


2.2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Студент, изучивший дисциплину, должен:

1) знать:

А. Теоретические основы качественного и количественного анализа:

– Цели, задачи аналитической химии, химического анализа; пути и способы их решения.

– Значение аналитической химии в практической деятельности учителя химии.

– Основные этапы развития аналитической химии, ее современное состояние.

– Закон действия масс. Химическое равновесие в гомогенных системах.

– Применение закона действующих масс к обратимым реакциям.

– Теория электролитической диссоциации.

– Теория сильных электролитов.

– Протолитическое равновесие в воде. Ионное произведение воды. Во-дородный показатель.

– Гидролиз. Константа и степень гидролиза.

– Буферные системы и их использование в химическом анализе.

– Химическое равновесие в гетерогенных системах. Произведение растворимости. Солевой эффект.

– Условия образования и растворения осадков.

– Комплексные соединения в химическом анализе. Константы нестойкости и устойчивости комплексных ионов.

– Процессы окисления-восстановления. Редокс-потенциалы и направление окислительно-восстановительных реакций. ЭДС редоксреакции.

– Принципы качественного анализа.

– Системы качественного анализа.

– Аналитические реакции и требования к ним, химические реагенты.

– Кислотно-основная классификация катионов.

– Групповые реагенты на каждую группу катионов и анионов.

– Качественные реакции на катионы и анионы.

– Способы выражения концентрации вещества в растворе.

– Основные литературные источники и справочную литературу по аналитической химии.

Б. Методы количественного анализа:

–Химические:

– Гравиметрический (весовой).

– Титриметрический (объемный):

– нейтрализации (кислотно-основного титрования),

– окислительно-восстановительного титрования,

– осаждения,

– комплексонометрии (трилонометрия).

– Физико-химические:

– Рефрактометрический,

– Поляриметрический,

– Фотоколориметрический,

– Потенциометрический,

– Хроматографический.

В. Правила работы в химической лаборатории:

– с электроприборами,

– с токсичными и агрессивными веществами,

– с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями,

– требования техники безопасности и пожарной безопасности,

– правила работы на аналитических весах,

– правила оказания доврачебной помощи,

– использование средств индивидуальной защиты.

2) уметь:

– Самостоятельно работать с учебной, научной и справочной литературой.

– Составлять план анализа.

– Пользоваться химической посудой.

– Получать и распознавать аналитический сигнал при проведении аналитических реакций.

– Проводить анализ растворов или смесей веществ на наличие катионов и анионов, применяя систематический или дробный ход анализа.

– Взвешивать на технохимических и аналитических весах.

– Готовить рабочие и исходные растворы по навеске и из фиксанала и устанавливать титр рабочих растворов.

– Определять водородный показатель (рН) растворов химическим и потенциометрическим методами.

– Рассчитывать рН в процессе титрования и строить кривые титрования.

– Правильно выбрать метод анализа для количественного определения состава анализируемого объекта.

– Пользоваться физическими приборами: рефрактометром, поляриметром, фотоэлектроколориметром, рН-метром (иономером).

– Производить расчеты по полученным данным.

– Оформлять результаты опытов.

3) владеть:

• навыками отбора проб;
  
• методикой проведения химического анализа;
  
• методикой осуществления физико-химического анализа на современных приборах.
  

– техникой и методикой выполнения различных операций анализа:

– взятие навески,

– приготовление фильтра и фильтрование,

– центрифугирование,

– титрование,

– отделение осадка от раствора декантацией,

– калибрование мерной посуды.


2.3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

№ п/п	Виды учебной деятельности	Всего часов	Семестры
	Общая трудоемкость	250	3,4
1.	Аудиторные занятия, всего	163	3,4
	В том числе:
	– лекции	19	3,4
	– лабораторные занятия	144	3,4
2.	Самостоятельная работа студентов	87	3,4
	– курсовая работа	Х(4)	4
3.	Вид итогового контроля:		3 экзамен; 4 экзамен

2.4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№ п.п.	Тематический план	Число часов
Лекции
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.	Предмет, задачи и методы качественного анализа Системы качественного анализа. Чувствительность аналитических реакций и ее характеристики. Закон действия масс и равновесие химических процессов. Гетерогенные равновесия и их роль в аналитической химии. Кислотно-основные равновесия. Протолитическое равновесие в воде. рН. Буферные системы. Закон действия масс и процессы гидролиза. Окислительно-восстановительные равновесия и их роль в аналитической химии. Коллоидные системы в качественном анализе. Комплексообразование в аналитической химии. Методы разделения и концентрирования веществ. Качественный анализ катионов и анионов. Классификация методов количественного анализа и их характеристика. Инструментальные (физико-химические) методы анали- за. Всего: Лабораторные занятия	2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 1 19
1. 2.	Качественный анализ. Качественные реакции на катионы и анионы. Анализ твердого вещества. Количественный анализ: – Гравиметрический анализ – Титриметрический анализ – Физико-химические методы анализа Всего:	76 68 144

2.4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Учебный курс аналитической химии должен в возможно максимальной степени отражать современное состояние и уровень развития качественного и количественного анализа. Будущий учитель химии обязан не только владеть теоретическим материалом, но и уметь определять состав исходных веществ и продуктов их реакций.

Теоретическая часть курса аналитической химии строится на базе общей и неорганической химии, курса строения вещества, физической химии. Однако не должно происходить дублирование тем, изучаемых названными дисциплинами, а следует в полной мере отражать применение общих химических законов в качественном и количественном анализе. К таким темам относятся закон действия масс, теория электролитической диссоциации, равновесие в гетерогенных системах, окислительно-восстановительные реакции, комплексообразование и т.д.

В программу включены важнейшие теоретические основы химических методов анализа и дано представление об инструментальных методах анализа.

При проведении лабораторного практикума студенты должны знать технику безопасности, правильно заполнять лабораторный журнал, знать название и назначение оборудования, уметь обращаться с ними. По ключевым вопросам программы предусмотрены контрольные работы.


ВВЕДЕНИЕ


Аналитическая химия и химический анализ. Краткий исторический очерк развития аналитической химии. Работы М.В. Ломоносова, Н.А. Меншуткина, А.М. Бутлерова, Д.И. Менделеева, Н.С. Курнакова, Л.А. Чугаева. Вклад отечественных ученых в развитие современной аналитической химии. Методологические основы аналитической химии. Место аналитической химии среди других наук, ее роль в профессиональной подготовке учителя химии и биологии. Примеры применения различных методов анализа в проведении исследовательских работ учащихся в городских и сельских школах.

Роль аналитической химии в развитии промышленности, сельского хозяйства, в медицине, научных исследованиях, охране окружающей среды.


ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

1. Закон действия масс и равновесие химических процессов.
   

Некоторые положения теории растворов электролитов

Химическое равновесие. Константа химического равновесия.

Использование закона действия масс при исследовании сильных и слабых электролитов. Взаимосвязь между концентрацией, степенью и константой диссоциации. Закон разбавления В. Оствальда. Ионное произведение воды и рН растворов. Действие одноименного иона. Расчеты с использованием закона действия масс.

Количественное описание равновесных процессов в сильных электролитах. Активность и коэффициент активности ионов. Ионная сила растворов. Связь между ионной силой раствора и коэффициентом активности.


2. Закон действия масс и гетерогенные процессы


Гетерогенные равновесия в системе осадок – насыщенный раствор малорастворимого электролита. Произведение растворимости; вывод общей формулы, взаимосвязь между растворимостью вещества и его произведением растворимости. Условие образования осадков малорастворимых сильных электролитов. Влияние посторонних ионов. Солевой эффект

Осаждение. Факторы, определяющие полноту осаждения: растворимость осаждаемого соединения, природа и количество осадителя, ионная сила и рН раствора. Зависимость чувствительности реакции от произведения растворимости веществ. Дробное осаждение. Растворение осадков и превращение одних малорастворимых соединений в другие.


3. Кислотно-основные равновесия и их роль в аналитической химии


Протолитические равновесия. Понятие о протолитической теории кислот и оснований. Протолитические равновесия в воде. Константы кислотности, основности и их показатели.

Буферные растворы, их назначение в химическом анализе. Типы буферных систем. Буферная емкость. Вычисление рН буферных растворов.

Гидролиз. Взаимосвязь между концентрацией, степенью и константой гидролиза. Вычисление значений рН растворов солей, подвергающихся гидролизу. Влияние температуры на процессы гидролиза. Использование гидролиза в качественном анализе.


4. Окислительно-восстановительные равновесия

в химическом анализе


Окислительно-востановительные системы. Окислительно-восстанови-тельные потенциалы редокс-пар. Потенциал реакции (электродвижущая сила). Влияние различных факторов на величину окислительно-восста-новительных потенциалов.

Использование редокс-потенциалов для определения направления окислительно-восстановительных реакций, выбора наиболее эффективного окислителя или восстановителя и среды. Глубина протекания редокс-реакций.

Выбор окислительно-восстановительных реакций для качественного обнаружения ионов в растворе. Примеры использования редокс-реакций в качественном анализе.


5. Коллоидные системы в химическом анализе


Образование коллоидных систем при проведении анализа. Коагуляция и пептизация частиц. Коагуляторы; зависимость их влияния от концентрации, заряда ионов, температуры. Учет процессов коагуляции и их использование при проведении качественного анализа.


6. Равновесия в комплексообразовании и их роль

в аналитической химии


Общая характеристика комплексных (координационных) соединений металлов. Равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости и устойчивости комплексных соединений.

Образование комплексных соединений при проведении систематического и дробного анализа. Расчет концентраций продуктов диссоциации комплексных соединений.

Образование внутрикомплексных соединений (хелатов). Органические реагенты в качественном анализе. Избирательность органических реагентов. Маскирование мешающих ионов.


7. Методы разделения и концентрирования веществ

в аналитической химии


Некоторые основные понятия: разделение, концентрирование. Классификация методов разделения и концентрирования: испарение, озоление, осаждение, соосаждение, кристаллизация, экстракция.


Экстракционные методы разделения

смеси ионов (или веществ).

Экстракция. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Условия разделения двух веществ. Реэкстракция. Использование экстракционных методов в аналитической химии.


Хроматографические методы разделения

смеси ионов (или веществ).

Хроматография. Сущность метода. Классификация хроматографических методов анализа: по механизму разделения веществ, по агрегатному состоянию фаз, по технике эксперимента. Адсорбционная, ионообменная и бумажная хроматография. Использование хроматографических методов в качественном анализе.


КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

1. Предмет, задачи и методы качественного анализа
   

Предмет и задачи качественного анализа. Методы качественного анализа. Классификация методов анализа по следующим признакам:

а) по агрегатному состоянию анализируемого объекта и продукта реакции;

б) по количеству используемого вещества;

в) по технике выполнения и измерения результатов анализа.

Классификация реактивов по чистоте. Стандарты на сырье и выпускаемую продукцию: ГОСТ, ОСТ, ТУ.

Подготовка образца к анализу. Средняя проба. Отбор средней пробы жидкости и твердого вещества. Масса пробы.

Аналитические признаки веществ и аналитические реакции. Характеристика чувствительности аналитических реакций и ее показатели: открываемый минимум, предельная концентрация или предельное разбавление и минимальный объем предельно разбавленного раствора. Взаимосвязь этих показателей и их практическое использование в анализе. Методика вычислений показателей чувствительности реакций.

Специфические и избирательные (селективные) реагенты и реакции.

2. Качественный анализ катионов
   

Аналитическая классификация катионов по группам: сероводородная (сульфидная), кислотно-основная, аммиачно-фосфатная. Систематический и дробный ход анализа. Общеаналитические, групповые и специфические реакции и реагенты.

Кислотно-основная классификация катионов по аналитическим группам. Систематический анализ катионов по кислотно-основному методу.

Анализ смеси катионов.


3. Качественный анализ анионов и сухого вещества

Качественный анализ анионов. Классификация анионов по аналитическим группам: по способности к образованию малорастворимых соединений, по окислительно-восстановительным свойствам. Действия групповых реагентов. Частные реакции анионов. Анализ смеси анионов. Пробы на анионы-окислители и анионы-восстановители. Систематический и дробный анализ анионов.

Анализ сухого вещества.