Энгельсский технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени »
Кафедра «Физическая и органическая химия»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине ЕН. Ф.07
«Аналитическая химия и физико-химические методы анализа»
240302.65 Технология электрохимических производств,
240502.65 Технология переработки пластических масс и эластомеров
240100.62 направление Химическая технология и биотехнология
(очное обучение)
курс –2
семестр – 3,4
лекции – 34, 17
практические занятия – нет
лабораторные занятия –34, 34
самостоятельная работа – 60, 59
экзамен - 3семестр
зачет – 4 семестр
курсовая работа – нет
курсовой проект – нет
расчетно-графическая работа – нет
контрольная работа - нет
часов в неделю – 4,3
Всего аудиторных – 119 часов
Всего – 238 часов
Утверждена на заседании кафедры
« » 201_ г, протокол №
Зав. кафедрой ФОХ, проф. _____________
Утверждена на заседании УМКС ТПЭ
« » 201_ г, протокол № _
Председатель УМКС, проф._________
Утверждена на заседании УМКС ТЭП
« » 201_ г, протокол №
Председатель УМКС, проф._________
Утверждена на заседании УМКН «ХТБТ»
« » 201_ г, протокол №
Председатель УМКН _______________
Энгельс, 2011 г.
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1 Цель преподавания дисциплины: познакомить студентов с приемами и методами химического анализа
Химический анализ применяется во всех областях науки и техники, которые используют химические вещества. В настоящее время ни один из материалов не поступает в производство и не выпускается без данных химического анализа. По данным химического анализа определяется качество материала и области его использования. Производится также анализ непосредственно в ходе технологического процесса в динамических условиях. Зная результаты химического анализа, инженер – технолог может контролировать технологический процесс и предупреждать образование брака.
1.2.Задачи изучения дисциплины:
1. Изучение теоретических основ количественного анализа: теория электролитической диссоциации, сильные и слабые электролиты, теория сильных электролитов, ионное произведение воды, буферные растворы, гидролиз солей, комплексные соли, образование малорастворимых соединений, окислительно-восстановительные потенциалы;
2. Ознакомление с методами количественного анализа, приобретение практических навыков титрования по методам нейтрализации и окисления-восстановления;
3. Приобретение практических навыков расчета основных физико-химических величин, используемых при анализе: рН в растворах сильных и слабых электролитов, рН в буферных растворах и в растворах гидролизующихся солей, констант нестойкости комплексов, произведения растворимости, электродвижущих сил гальванических цепей, построение кривых титрования и калибровочных кривых при физико-химических методах анализа;
4. Освоение теоретических основ и практических приемов экспериментальной работы по методам физико-химического анализа: потенциометрия, фотометрия, хроматографическое разделение смесей.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для усвоения данной дисциплины: общая и неорганическая химия, математика, физика.
2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине:
Студент должен знать: основные законы химии, строение атома, характер изменения химических свойств элементов при изменении строения атома, типы химической связи, теорию электролитической диссоциации, направление ионных реакций, строение комплексных соединений, направление окислительно-восстановительных процессов, способы выражения концентрации растворов.
Студент должен уметь: приготовить раствор заданной концентрации; приготовить стандартный раствор для определения по методам нейтрализации, перманганатометрии, иодометрии; определить концентрацию исследуемого раствора; рассчитать рН исследуемых растворов и построить кривую титрования; выбрать индикатор для титрования; провести анализ по методам потенциометрии, фотометрии, ионно-обменной хроматографии.
3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам и видам занятии
III - Семестр
№ модуля | № недели | № темы | Наименование темы | Часы | |||
всего | Лек | Лаб занятия | СРС | ||||
1 | 1 2 3 4 | 1 | Введение Использование теории ионных равновесий в аналитической химии | 22 | 8 | 8 | 6 |
5 6 7 8 | 2 | Теоретические основы кислотно-основного взаимодействия | 28 | 8 | 8 | 12 | |
2 | 9 10 11 | 3 | Титрометрический анализ | 24 | 6 | 6 | 12 |
3 | 12 13 14 | 4 | Применение окислительно-восстановительных реакций в аналитической химии Перманганатометрия. Иодометрия | 36 | 6 | 6 | 24 |
4 | 15 16 | 5 | Комплексные соединения в аналитической химии | 12 | 4 | 4 | 4 |
17 | 6 | Образование труднорастворимых соед. | 6 | 2 | 2 | 2 | |
Всего Д/о З/о | 128 128 128 | 34 34 6 | 34 34 12 | 60 60 110 |
IV - Cеместр
№ модуля | № недели | № темы | Наименование темы | Часы | |||
всего | Лек | Лаб занятия | СРС | ||||
1 | 1 2 3 4 | 1 | Физико-химические (инструментальные методы анализа) Классификация физ-хим методов анализа | 20 | 4 | 8 | 8 |
5 6 7 8 9 10 | 2 | Оптические методы анализа | 40 | 6 | 12 | 22 | |
2 | 11 12 13 14 | 3 | Электрохимические методы анализа | 27 | 4 | 8 | 15 |
3 | 15 16 | 4 | Хроматографические методы анализа | 19 | 2 | 4 | 13 |
17 | 5 | Новейшие методы | 4 | 1 | 2 | 1 | |
Всего Д/о З/о | 110 110 110 | 17 17 4 | 34 34 14 | 59 59 92 |
4. Содержание лекционного курса
№ темы | Всего часов | № лекции | Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции | Литература |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
III Семестр | ||||
1 | 8 | 1 | Введение |
т.1, с.1-62 |
2 | Использование теории ионных равновесий в аналитической химии. Закон действия масс Константа равновесия | т. 1, с 97-114 т.1, с. 20-49 | ||
3 | Сильные и слабые электролиты Константа и степень электролитической диссоциации. Расчет Сн+ и Сон - в растворах сильных и слабых электролитов |
т.1, с.50-60 т.1, с. 30-36 | ||
4 | Теория сильных электролитов Активность, Коэффициент активности. Ионная сила | т 1, с. 100-109 т.1, с.30-40 | ||
2 | 8 | 5 | Теоретические основы кислотно-основного взаимодействия. Ионизация воды рН | т 1, с. 116-139 т.1, с 30-58 |
6 | Протолитическая теория кислот и оснований | , т.1 с. 85-91; т.1, с. 53-60 | ||
7 | Буферные растворы. Расчет рН буферных растворов | т 1, с. 129-136 | ||
8 | Гидролиз солей по катиону и аниону, Расчет константы гидролиза, степени гидролиза и рН гидролизующихся солей |
т.1, с.40-46 т.1, с..48-54 | ||
3 | 6 | 9 | Титрометрический анализ Классификация методов Вычисления в титрометрическом анализе | т 2, с. 31-42 , т.1 с. 113-130 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
10 | Метод нейтрализации. Теория кислотно-основных индикаторов | Там же | ||
11 | Графический метод изображения процесса нейтрализации. Кривые титрования | т 2, с. 31-42 , т.1 с. 113-130 | ||
4 | 6 | 12 | Использование реакций окисления - восстановления в аналитической химии. Направление окислительно-восстановительных процессов Константа равновесия | т 2, с. 83-97 , т.1 с. 369-434 , т.1, с.103-110 |
13 | Перманганатометрия. Примеры определений по методу перманганатометриии | , т.1 с. 399-402 , Т.2, с.190-204. | ||
14 | Теоретические основы и практические приемы титрования по методу иодометрии | , т.1 с. 411-420 , Т.2, с.206-219 | ||
5 | 4 | 15, 16 | Комплексные соединения в аналитической химии. Комплексонометрия | , т.1, с.67-77 т.1, с 94-103. |
6 | 2 | 17 | Теоретические основы осаждения малорастворимых соединений. Гравиметрический анализ |
т 1, с. 188-200, т.2 с. 9-27 |
IV Семестр | ||||
1 | 4 | 1, 2 | Физико-химические (инструментальные) методы анализа. Характеристика. Способы классификации. |
т.2с.121-353 , т.2, с.1-9; 10-50 |
2 | 6 | 5, 6 | Оптические методы анализа Эмиссионный и абсорбционный спектральный анализ | Там же |
7, 8 | Фотометрия. Происхождение спектров поглощения | Там же | ||
9-10 | Основные приемы фотометрических определений |
т 1, с. 199-350, | ||
3 | 4 | 11-12 | Электрохимические методы анализа |
т 2, с. 121-186 т.3, с.188-200 |
13-14 | Прямая потенциометрия, Потенциометрическое титрование Электроды в потенциометрии. |
т.2 с. 134-147 | ||
4 | 4 | 15-16 | Хроматографические методы анализа. Теоретические основы. Расшифровка хроматограмм. Ионообменная хроматография |
т 1, с. 260-328, , т.2, с.168-257 |
17 | Фазовый, структурный и локально-поверхностный анализ | , т.2 с. 805-824 , С.269-344 |
6. Перечень лабораторных работ
№ темы | Всего часов | № работы | Наименование лабораторной работы. Вопросы, отрабатываемые на лабораторном занятии | Кол. часов | Литература |
3 | 18 | 1 | Подготовка рабочего места и посуды Вычисления в объемном анализе. Решение задач | 2 2 | , Кислотно-основные равновесия. Мет. ук. к решению задач по аналит. химии. Саратов, 2007 |
2 | Приготовление стандартного раствора буры | 4 | , Объемный анализ. Метод нейтрализации Мет. ук. к лаб. раб. по аналит. химии, Саратов, 2009 | ||
3 | Приготовление рабочего раствора соляной кислоты | 1 | -----,,---- | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
- | 4 | Стандартизация соляной кислоты по буре | 2 | ----,,---- | |
5 | Приготовление рабочего раствора гидроксида калия и его стандартизация | 1 | ----,,---- | ||
6 | Контрольный анализ. Определение Сн ( Н2SO4) и Т (Н2SO4) | 2 | ----,,---- | ||
7 | Модуль№1. Метод нейтрализации | 2 | ----,,---- | ||
8 | Модуль№2. Расчет и построение кривых титрования | 2 | ----,,---- | ||
4 | 16 | 9 | Перманганатометрия Приготовление рабочего раствора перманганата калия | 1 1 | Денисова Т. О. Перманганатометрия Мет. ук. к лаб. раб. по аналит. химии, Саратов.2005 |
10 | Приготовление стандартного раствора оксалата натрия | 2 | ----,,----- | ||
11 | Стандартизация раствора перманганата калия по оксалату натрия | 1 | ----,,---- | ||
12 | Приготовление раствора соли Мора | 1 | ----,,---- | ||
13 | Контрольный анализ Определение содержания хрома (VI) в растворе дихромата калия | 2 | ----,,---- | ||
-- | 14 | Приготовление стандартного рабочего раствора тиосульфата натрия | 2 | П Яковлев . Мет. ук к лаб раб. по аналит. химии, Саратов, 2005 | |
15 | Определение Сн (K2Cr2O7) и Т (K2Cr2O7) по тиосульфату натрия | 2 | ----,,---- | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
- | 16 | Контрольный анализ. Определение содержания Сu (II) в растворе сульфата меди | 2 | ----,,----, | |
17 | Модуль №3. Методы окисления – восстановления | 2 | ----,.---- |
IV Семестр
Физико-химические методы анализа
№ темы | Всего часов | № работы | Наименование лабораторной работы. Вопросы, отрабатываемые на лабораторном занятии | Кол час. | Литература |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
2 | 14 | 1 | Проверка закона Бугера - Ламберта - Бера | 2 | Денисова Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2008. |
2 | Определение рК двухцветного индикатора | 4 | Денисова рК двухцветного индикатора. Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2008. | ||
3 | Фотометрическое совместное определение кристаллического фиолетового и бриллиантового зеленого | 2 | Денисова Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2008. | ||
4 | Определение марганца и хрома в растворах при совместном присутствии | 6 | Там же | ||
5 | Определение никеля фотоколориметрическим способом | 4 | Там же | ||
6 | Определение малых количеств железа фотоколориметрическим способом | 4 | Там же | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
7 | Рефрактометрия. Определение содержания NaCl в рассолах | 4 | Денисова Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2008. | ||
8 | Поляриметрия | 6 | , , Поляриметрия. Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, (в печати) | ||
9 | Модуль №1 | 2 | Денисова Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2008. | ||
3 | 12 | 1 | Определение рNa в водном растворе соли | 2 | , Яковлев . Мет. ук. к лаб. раб. Саратов. 2009 |
2 | Определение нитрата в техническом образце | 4 | Там же | ||
3 | Потенциометрическое определение константы диссоциации уксусной кислоты | 2 | Там же | ||
4 | Потенциометрическое титрование кислот | 6 | Там же | ||
5 | Определение содержания железа (11) в присутствии железа (111) | 4 | Там же | ||
6 | Определение содержания ацетата цинка | 4 | Там же | ||
7 | Комплексонометри ческое определение содержания железа 111 | 4 | Там же | ||
8 | Модуль 2 | 2 | Гунькин Г. П., Барышева -химические методы анализа. Мет. ук. к решению задач Саратов.2008 | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
4 | 8 | 1 | Определение емкости поглощения ионообменника | 6 | Денисова методы анализа. Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2002 |
2 | Определение коэффициента разделения цинка и кадмия | 4 | Там же | ||
3 | Определение борной кислоты в присутствии сульфата никеля | 2 | Там же | ||
4 | Определение уксусной кислоты, ацетата натрия и хлорида натрия в их смеси | 6 | Там же | ||
5 | Разделение цинка и кадмия на хроматографической колонке | 4 | , Хроматография. Мет. ук. к лаб. раб. Саратов. 2002 | ||
6 | Определение ионов Fe2+ и Cu2+ в их смеси | Денисова методы анализа. Мет. ук. к лаб. раб. Саратов, 2002 | |||
7 | Разделение Сd2+ и Ni2+ на хроматографической колонке | 6 | , Хроматография. Мет. ук. к лаб. раб. Саратов. 2002 | ||
8 | Модуль 111 | 2 | Гунькин Г. П., Барышева -химические методы анализа. Мет. ук. к решению задач Саратов.2008 |
ПРИМЕЧАНИЕ: Практикум по физико-химическим методам анализа
(IV семестр) проводится по фронтальной системе, т. е. одновременно подготовлены все перечисленные работы, каждый студент получает индивидуальное задание в соответствии с общим количеством времени, отведенным на практикум по данной теме.
7. Задание для самостоятельной работы студентов.
№ темы | Всего часов | Вопросы для самостоятельного изучения (задания) | Литература |
1 | 2 | 3 | 4 |
III Семестр | |||
1 | 6 | Ионные равновесия в растворах электролитов. Расчет Сн+ и Сон_- Решение задач. |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003 Т.1, с.1-40 |
2 | 12 | Кислотно-основные равновесия в растворах электролитов. Ионное произведение воды и рН. Буферные растворы. Гидролиз солей Решение задач. Подготовка к модулю 1 |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003. Т.1, с.30-54. |
3 | 12 | Расчет кривых титрования по индивидуальному заданию преподавателя. Подготовка к модулю 2 |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003. т.1, с.51-60. |
4 5 6 | 30 | Методы окисления-восстановления, осаждения и комплексообразования. Решение задач. Подготовка к модулю 3 |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003 Т.1, с.60-100 |
IV семестр | |||
1 | 8 | Классификация физико-химических методов анализа |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003 Т 2, с 9-60 |
2 | 22 | Оптические методы анализа |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003 Т.2, с 9-161 |
1 | 2 | 3 | 4 |
3 | 15 | Электрохимические методы анализа |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003 Т.2, с168-257 |
4 | 14 | Хроматографические методы анализа |
Аналитическая Химия. М.: Высшая школа, 2003 Т.2, с.315-369 |
8. Курсовой проект – не предусмотрен
9. Расчетно-графическая работа – не предусмотрена
10. Контрольная работа – предусмотрена для студентов заочного отделения (III и IV семестры)
11. Экзамен – предусмотрен (III семестр), зачет – предусмотрен (IV семестр)
12. Экзаменационные вопросы (III семестр)
1. Электролиты сильные и слабые. Константа и степень электролитической диссоциации. Закон Оствальда.
2. Сильные электролиты. Теория сильных электролитов Дебая и Гюккеля
3. Активность и коэффициент активности сильных электролитов. Понятие об ионной силе.
4. Понятие о рН. Расчет рН в растворах сильных и слабых электролитов.
5. Буферные растворы. Расчет рН буферных растворов.
6. Гидролиз солей по катиону и аниону. Расчет константы гидролиза, степени гидролиза и рН гидролизующихся солей.
7 .Строение комплексных солей. Теория Вернера.
8. Комплексные соединения. Теория направленных валентностей и кристаллического поля.
9. Протолитическая теория кислот и оснований (Бренстеда – Лоури). Протофильные и протогенные растворители.
10. Правило произведения растворимости. Влияние одноименного иона на растворимость.
11. Условия образования и растворения осадков. Правило произведения растворимости.
12. Влияние одноименного иона на растворимость. Солевой эффект.
13. Электродные потенциалы. Направление окислительно-восстановительных процессов.
14. Стандартные, равновесные и реальные окислительно-восстановительные потенциалы.
15. Метод нейтрализации. Стандартные и рабочие растворы.
16. Приготовление рабочих растворов для титрования по методу нейтрализации
17. Приготовление растворов заданной концентрации.
18 Перманганатометрия. Стандартные, рабочие и вспомогательные растворы
19. Определение окислителей методом перманганатометрии. Обратное титрование
20. Перманганатометрия. Титрование в кислой, нейтральной и щелочной среде. Эквивалентные массы окислителей и восстановителей.
21. Определение восстановителей методом перманганатометрии
22. Рабочие растворы метода иодометрии. Определение окислителей и восстановителей.
23. Иодометрия. Стандартные и рабочие растворы
24. Приготовление перманганата калия, титрование в кислой и нейтральной среде.
25. Особенности метода иодометрии. Приготовление рабочих и вспомогательных растворов.
26. Приготовление рабочего раствора тиосульфата натрия и его стандартизация.
13. Вопросы для зачета (IV семестр)
1. Классификация физико-химических методов анализа
2. Эмиссионный спектральный анализ. Происхождение эмиссионных спектров.
3. Абсорбционный спектральный анализ. Происхождение спектров поглощения.
4. Основной закон светопоглощения Оптическая плотность раствора. Закон Бугера-Ламберта-Бера.
5. Основы качественного и количественного абсорбционного анализа в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной области спектра.
6. Принципиальная схема установки для адсорбционного спектрального анализа. Источник света, монохроматоры, приемники света. Условия определения.
7. Основные приемы фотометрических определений: метод градуировочного графика и построение калибровочной кривой.
8. Метод молярного коэффициента поглощения, метод добавок.
9. Метод дифференциальной фотометрии.
10. Анализ смеси светопоглощающих веществ.
11. Фотометрическое титрование.
12. Определение константы диссоциации двухцветного индикатора.
13. Рефрактометрия.
14. Поляриметрия.
15. Люминесценция.
16. Рентгеноспектральные методы анализа.
17. Потенциометрия. Теоретические основы потенциометрического метода анализа.
18. Индикаторные электроды и электроды сравнения.
19. Электроды первого и второго рода.
20. Стандартный, равновесный и реальный электродный потенциал.
21. Насыщенный каломельный электрод. Хлорсеребряный электрод.
22. Индикаторные электроды, применяемые в различных типах химических реакций: нейтрализации, окисления-восстановления, осаждения и комплексообразования.
23. Прямая потенциометрия и потенциометрическое титрование.
24. Кривые потенциометрического титрования. Способы нахождения точки эквивалентности.
25. Стеклянный электрод. Уравнение Нернста для рН – метрии.
26. Ионоселективные электроды. Уравнение Никольского.
27. Примеры потенциометрических определений: определение pNa в водном растворе соли.
28. Определение константы диссоциации уксусной кислоты.
29. Потенциометрическое титрование кислот (виды кривых титрования).
30. Примеры определений с использованием методов окисление восстановления и осаждения.
31. Оборудование и приборы, применяемые в потенциометрическом анализе.
32. Теоретические основы хроматографии и основные понятия.
33. Хроматограммы. Основные характеристики хроматограмм.
34. Способы количественной оценки в хроматогафии: метод абсолютной калибровки, метод внутреннего стандарта и метод нормировки.
35. Газожидкостная хроматография, основные параметры процесса, оборудование.
36. Жидкостная хроматография.
37. Распределительная хроматография.
38. Ионообменная хроматография. Иониты. Классификация.
39. Обменная емкость ионита.
40. Гель-хроматография.
41. Способы классификации хроматографических методов анализа.
42. Константа распределения, степень разделения, критерий разделения, критерий распределения.
14. Рекомендуемая учебно-методическая литература
Основная литература
1. Васильев химия: учеб. /. - М.: Высшая школа, 2003. т. 1,с.
2. А. Основы аналитической химии. Общие вопросы. Методы разделения: учеб. /Ю. А Золотов. – М.: Высшая школа, 2004. т.1, 2, 361с, 503 с.
3. Петрухин химия. Химические методы анализа. / - М.: Химия, 20с.
4. , Прохорова и вопросы по аналитической химии / , - М, Мир, 20с.
5. Аналитическая химия (физ. и физ.-хим. методы анализа) /под ред. – М.: Химия, 20с.
6. Цитович аналитической химии / . – М.: Лань, 2004,- 496 с.
Дополнительная литература
7. Янсон основы аналитической химии / . - М.: Высшая школа, 198с.
8. Пилипенко химия /, – М.: Химия, 1998. т.1,с.
9. Толстоухов по количественному анализу / . - М.: Химия, 19с.
10. Джабаров упражнений и задач по аналитической химии / . - М.: информ. Агенство», 20с.
11. Кислотно – основные равновесия. Методические указания к решению задач по аналитической химии. /, / изд. СГТУ, Саратов, 2007. –18с.
12. Оптические методы анализа/ , Денисова пособие по аналитической химии - изд. СГТУ, Саратов, 200с.
13. Харитонов химия /.- М.: Высшая школа, 20с.
15.Перечень наглядных пособий и ТСО
1. Периодическая система элементов
2. Таблица стандартных электродных потенциалов
3. Таблица ряда активности металлов
4. Таблица растворимости солей
5. Таблица наиболее распространенных индикаторов и рН переходов
6. Чертеж «Кривые титрования»
7. Чертеж «Основные узлы приборов для фотометрических измерений»
8. Чертеж « Схема рН – метра»
9. Таблица классификации хроматографических методов анализа
10. Чертеж « Выходная кривая сорбции»
11. ЭВМ используется для обработки экспериментальных данных по физико - химическим методам анализа
Программу составила ()
