Учебное пособие: Аналитическая химия

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«БАЛАКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Рабочая программа

«Аналитическая химия»

для специальности 280201 (3201)

«Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

2007

Одобрена Составлена в соответствии с

предметной комиссией требованиями к минимуму

Председатель ПЦК содержания и уровню

_______________ подготовки выпускников

«____»________ по специальности 280201 (3201)

Заместитель директора по учебной

работе

______________ В.И. Моторина

«___» ___________

Тематический план

Примерное содержание учебной дисциплины

Введение

Предмет и задачи аналитической химии (АХ). Значение АХ в производственной и научно-исследовательской деятельности человека. Химические и физико-химические методы анализа. Качественный и количественный анализ.

Раздел 1 Теоретические основы АХ

Тема 1.1 Способы выражения состава раствора

Студент должен:

знать:

-           способы выражения концентрации растворов;

-           способы представления различных долей вещества в растворе;

уметь:

-           рассчитать концентрацию вещества в растворе;

-           проводить расчеты на переход от одного способа выражения концентрации к другому.

Способы выражения состава раствора. Массовая, объемная, молярная доли. Эквивалент, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, титр, титр раствора по определяемому веществу. Электролитическая диссоциация.

Тема 1.2 Закон действующих масс. Химическое равновесие. Гомогенное равновесие

Студент должен:

знать:

-           применение закона действующих масс в аналитической химии;

-           смысл константы автопротолиза;

уметь:

-           вычислять степень диссоциации по константе диссоциации и наоборот;

-           вычислять водородный и гидроксильный показатели растворов.

Закон действующих масс. Химическое равновесие. Константа равновесия. Гомогенные равновесия. Автопротолиз. Константа автопротолиза, ее смысл. Водородный и гидроксильный показатели.

Тема 1.3 Гетерогенные равновесия

Студент должен:

знать:

-           правило произведения растворимости;

-           влияние различных факторов на растворимость малорастворимых электролитов;

-           дробное осаждение;

уметь:

-           вычислять растворимость по величине произведения растворимости и произведения растворимости по известной растворимости;

-           вычислять растворимость малорастворимого электролита в присутствии одноименного иона;

-           вычислять растворимость малорастворимого электролита, не содержащего одноименного иона.

Гетерогенные равновесия в системе «раствор-осадок». Произведение растворимости. Вычисление растворимости по величине произведения растворимости и наоборот. Влияние одноименного иона на растворимость малорастворимого электролита. Вычисление растворимости малорастворимого электролита в присутствии одноименного иона. Влияние различных факторов на растворимость: концентрации ионов водорода, окислительно-восстановительных реакций, реакций комплексообразования, растворителя, температуры. Дробное осаждение.

Раздел 2 Качественный анализ

Тема 2.1 Аналитические операции и реакции

Студент должен:

знать:

-           требования, предъявляемые к аналитическим реакциям;

-           виды химических реактивов;

-           методы качественного анализа;

уметь:

-           подобрать для конкретного анализа реактив соответствующей марки.

Химические методы качественного анализа. Аналитические реакции, требования, предъявляемые к ним: чувствительность, селективность. Аналитические реактивы, их классификация по степени чистоты: чистый, чистый для анализа, химически чистый, особо чистый. Методы качественного анализа.

Тема 2.2 Качественный анализ катионов

Студент должен:

знать:

-           аналитическую классификацию катионов;

-           условия проведения аналитических реакций катионов первой группы;

-           действие группового реактива;

уметь:

-           обнаружить катионы по конкретному заданию;

-           обосновать выбор и ход анализа смеси катионов в соответствии с конкретным заданием;

-           обосновывать уравнениями химических реакций достоверность результатов анализа.

Аналитическая классификация катионов. Кислотно-основная схема проведения анализа смеси катионов. Реакции и ход анализа катионов I аналитической группы. Реакции и ход анализа катионов II аналитической группы.

Лабораторная работа

Аналитические реакции катионов I аналитической группы. Анализ смеси катионов I аналитической группы.

Лабораторная работа

Аналитические реакции катионов II аналитической группы. Анализ смеси катионов II аналитической группы.

Тема 2.3 Качественный анализ анионов

Студент должен:

знать:

-           аналитические реакции анионов и условия их обнаружения;

уметь:

-           обнаружить анионы;

-           выбрать и обосновать ход анализа смеси анионов, провести этот анализ.

Аналитическая классификация анионов, общая характеристика. Качественные реакции на анионы.

Лабораторная работа

Аналитические реакции: хлорид-, бромид-, иоид-, карбонат-, сульфат-, нитрат- ионов.

Лабораторная работа

Проведение анализа смеси анионов.

Раздел 3 Оценка достоверности аналитических данных

Студент должен:

знать:

-           типы ошибок в анализе;

-           точность метода (дисперсия, стандартное отклонение);

-           доверительный интервал; доверительная вероятность;

уметь:

-           провести статистическую обработку результатов анализа;

-           рассчитать стандартное отклонение;

-           применять в расчетах коэффициент Стьюдента.

Абсолютные и относительные недостоверности. Случайные погрешности. Доверительный интервал. Стандартное отклонение среднего результата. Коэффициент Стьюдента. Применение методов математической обработки результатов анализа с целью установки точности и достоверности используемого метода.

Раздел 4 Количественный анализ

Тема 4.1 Гравиметрический анализ

Студент должен:

знать:

-           сущность гравиметрического анализа;

-           последовательность операций в гравиметрическом анализе;

-           механизм образования осадков;

уметь:

-           пользоваться справочной литературой;

-           выполнять операции гравиметрического анализа;

-           производить расчеты результатов анализа.

Сущность гравиметрического анализа. Типы весовых определений. Теория осаждения. Операции гравиметрического анализа (взятие навески, ее растворение, промывание, высушивание, прокаливание).

Расчеты в гравиметрическом анализе. Ошибки при оценке резуьтатов определений (абсолютная, относительная).

Лабораторная работа

Определение содержания бария в кристаллическом хлориде бария

Тема 4.2 Титриметрический анализ (титриметрия)

Студент должен:

знать:

-           сущность и классификацию методов титриметрического анализа;

-           способы установления точки эквивалентности;

-           способы приготовления рабочих растворов;

-           способы расчетов концентрации рабочих растворов;

-           методы титрования;

уметь:

-           рассчитывать навеску и концентрацию установочного и рабочего растворов;

-           проводить расчеты на переход от одного способа выражения концентрации к другому.

Общие понятия и положения титриметрии. Реакции, используемые в титриметрии, требования к ним. Классификация методов анализа. Способы приготовления рабочих растворов. Способы титрования (прямое, обратное, титрование заместителя).

Способы выражения концентрации растворов в титриметрическом анализе (молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, титр, поправочный коэффициент.

Тема 4.3 Кислотно-основное титрование (протометометрия)

Студент должен:

знать:

-           сущность метода протолитометрии;

-           правила выбора индикатора для кислотно-основного титрования;

-           рабочие растворы метода и способы их приготовления;

уметь:

-           приготовить рабочий и установочный растворы заданной концентрации;

-           оттитровать приготовленный рабочий раствор по установочному веществу;

-           произвести расчеты титра, молярной концентрации эквивалента, поправочного коэффициента;

-           обосновать выбранный индикатор для установления точки эквивалентности;

-           составить уравнение химических реакций;

-           использовать безопасные приемы работы с оборудованием, веществами.

Диссоциация воды, водородный и гидроксильный показатели. Буферные растворы. Значения pH растворов сильных кислот и оснований, слабых кислот и оснований.

Общая характеристика метода кислотно-основного титрования. Особенности установления точки эквивалентности в методе.

Кислотно-основные индикаторы. Рабочие растворы метода: растворы с установленной и приготовленной концентрацией. Установочные вещества.

Лабораторная работа

Стандартизация рабочих растворов кислоты, щелочи по установочным веществам (установление титра и молярной концентрации эквивалента).

Лабораторная работа

Определение содержания серной кислоты в анализируемом растворе

Тема 4.4 Комплексономтерическое титрование

Студент должен:

знать:

-           строение молекул комплексных соединений;

-            определение заряда комплексного иона, комплексообразователя, числа мегандов, координационного числа;

-           сущность метода тригонометрии;

-           механизм действия металл-индикаторов;

-           условия трилонометрического анализа;

уметь:

-           написать уравнение электрической диссоциации по типу сильного и слабого электролита;

-           составить уравнение реакции взаимодействия трилона Б с ионами двухвалентного металла;

-           рассчитать молярную массу эквивалента трилона Б;

-           рассчитать результаты анализов.

Комплексные соединения, их строение, номенклатура. Диссоциация комплексных соединений. Константа нестойкости (устойчивости) комплексного иона.

Сущность метода комплексонометрии. Трилонометрия. Рабочие растворы, установочные вещества. Металл-индикаторы, их действие.

Лабораторная работа

Приготовление рабочего раствора трилона Б и его стандартизация по установочному веществу.

Лабораторная работа

Определение общей жесткости воды.

Тема 4.5 Окислительно-восстановительное титрование (оксидиметрия или редоксиметрия)

Студент должен:

знать:

-           сущность оксидиметрии;

-           зависимость молярной массы эквивалента окислителя и восстановителя от условий реакции;

-           сущность прямого и косвенного (обратного и по замещению) титрования и случаи их применения;

-           окислительно-восстановительные потенциалы;

-           сущность метода перманганатометрии: рабочий раствор, установочные вещества, индикаторы, условия проведения анализа;

-           правила приготовления и хранения растворов йода и тиосульфата;

-           безопасные приемы работы с окислителями и восстановителями;

уметь:

-           приготовить рабочие растворы и их стандартизировать, приготовить установочные растворы;

-           определить направление реакции с помощью редокс-потенциалов;

-           составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций, подбирать коэффициенты методом электронно-ионного баланса (методом полуреакций);

-           проводить перманганатометрчиеские и йодометрические анализы с соблюдением определенных условий;

-           рассчитывать молярные массы эквивалентов окислителей и восстановителей;

-           рассчитывать навески исходных веществ, результаты определений;

-           пользоваться справочной, учебной и технической литературой.

Сущность метода оксидиметрии. Классификация методов оксидимтерии. Окислительно-восстановитеные (редокс) потенциалы. Фактор эквивалентности окислителей и восстановителей. Индикаторы для окислительно-восстановительного титрования.

Перманганатометрия. Сущность метода. Приготовление рабочего раствора перманганата калия и его стандартизация по основному веществу (щавелевая кислота, оксалат аллюминия, оксалат натрия). Особенности перманганатометрических определений. Автокатализ. Молярная масса эквивалента перманганата калия. Анализ восстановителей методом перманганатометрии в разных средах.

Йодометрия. Сущность метода. Рабочие раствора метода йодометрии, их приготовление и стандартизация. Индикаторы. Особенности йодометрических определений. Анализ окислителей и восстановителей.

Лабораторная работа

Приготовление рабочего раствора перманганата калия и его стандартизация по одному из установочных веществ

Лабораторная работа

Стандартизация рабочего раствора тиосульфата натрия по дихромату калия (титрование методом замещения)

Лабораторная работа

Определение массовой доли сульфидов в техническом образце методом обратного титрования

Тема 4.6 Электрохимические методы анализа

Студент должен:

знать:

-           классификацию физико-химических методов анализа;

-           сущность потенциометрического анализа;

-           правила работы с pH методом.;

уметь:

-           подготовить pH метр к работе;

-           провести измерение pH исследуемого раствора.

Теоретические основы метода. Устройство электродов потенциометрии. Потенциал электрода. Индикаторные электроды для метода нейтрализации. Устройство pH – метода.

Лабораторная работа

Определение концентрации водородных ионов потенциометрическим способом.

Тема 4.7 Рефрактомтерический метод анализа

Студент должен:

знать:

-           теоретические основы рефрактометрического метода анализа;

-           правила работы с рефрактометрами;

уметь:

-           подготовить рефрактометр к работе;

-           приготовить серию стандартных растворов;

-           определить показатель преломления стандартных растворов,,построить градуировочный график зависимости показателя преломления от состава смеси;

-           определить показатель преломления, концентрацию вещества в контрольном растворе.

Сущность рефрактометрического метода и область применения. Зависимость показателя преломления от различных факторов.

Лабораторная работа

Определение количественного состава раствора соли

Литература:

1          Ищенко А.А., Аналитическая химия, -М.: АСАДЕМА, 2004

2          Ольшанова К.М. Аналитическая химия, - М.: Химия, 1980.

3          Шапира Е.А. Аналитическая химия, - М.: ВШ, 1977

4          Ярославцев А.А. Сборник задач и упражнений по Аналитической химии, - М.: ВШ, 1979