МИНОБРНАУКИ РОССИИ

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МАЙКОПСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет аграрных технологий
_____
Кафедра химии, физики и физико-химических методов исследования
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
__________Л.И. Задорожная
«___» _________
2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине ЕН.Ф.04.03 Аналитическая химия и физико-химические
методы анализа
____________________________________________
по специальности (направлению) 260901 Технология швейных изделий___
факультет экологический
____
МАЙКОП
Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО и учебного плана
МГТУ по специальности (направлению) 260901 Технология швейных
изделий
__________________________
Составитель рабочей программы
доцент, канд. хим. наук
_____________
(должность, ученое звание, степень)
(подпись)
Попова А.А.
(Ф.И.О.)
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры
химии, физики и ФХМИ ______________________________________________________
(наименование кафедры)
Заведующий кафедрой
«___»___________2014г.
_____________
(подпись)
Попова А.А.
(Ф.И.О.)
Одобрено научно-методической комиссией
экологического факультета
«___»_________2014 г.
Председатель
научно-методического
совета специальности
_______________
(подпись)
_Бжецева Н.Р.
(Ф.И.О.)
Декан экологического факультета
_______________
(подпись)
_Сухоруких Ю.И.
(Ф.И.О.)
СОГЛАСОВАНО:
Начальник УМУ
«___»_________2014 г.
Зав. выпускающей кафедрой
по специальности
«___»_________2014 г.
______________
(подпись)
______________
(подпись)
Гук Г.А.
(Ф.И.О.)
_Бжецева Н.Р.
(Ф.И.О.)
1. Цели и задачи аналитической химии, ее место в учебном процессе
1.1. Цель и задачи изучения дисциплины
Аналитическая химия – наука, которая изучает свойства и химические
превращения
веществ
с
целью
разработки
методов
установления
химического состава материалов. Ни одна из естественных наук в настоящее
время не может обойтись без надежных данных качественного и
количественного анализа. Фундаментальная учебная дисциплина имеет
большое значение при подготовке технологов легкой промышленности по
специальности 260901 Технология швейных изделий.
Цель изучения дисциплины “Аналитическая химия и физико-химические
методы
анализа”
состоит
в
формировании
базовых,
системных
и
информационных компетенций будущего специалиста в основной и
прикладной отраслях народного хозяйства, а также ознакомление с уровнем
развития химической науки и развитие интеллектуальных способностей
студентов.
Задачи изучения дисциплины:
- ознакомление с теоретическими основами дисциплины;
- получение базовых умений для организации лабораторных и полевых
исследований;
- овладение навыками аналитических расчетов.
В результате изучения дисциплины
- студент должен иметь представление об элементном, молекулярном,
фазовом анализе, о методах качественного и количественного анализа
объектов
элементов,
окружающей
среды,
химических
и
диапазоне
физических
содержания
определяемых
параметрах
определяемых
компонентов, методах разделения и концентрирования веществ;
- студент должен знать основные понятия и законы качественного и
количественного
анализа,
существующие
классификации
катионов
и
анионов, групповые и специфические реакции на основные ионы, сущность
химических и инструментальных методов количественного анализа;
- студент должен уметь обращаться с химической посудой и реактивами
проводить несложный химический эксперимент по качественному и
количественному
анализу
неорганических
веществ,
решать
задачи
теоретического и практического содержания;
- студент должен приобрести навыки пользования методиками качественного
и количественного анализа неорганических ионов, а также расчетными
формулами для выражения результатов анализа.
Воспитательные задачи дисциплины:
- развитие творческого и логического мышления;
- развитие интеллектуальных способностей студентов;
- воспитание трудолюбия;
- воспитание дисциплинированности и ответственности;
- развитие умения принимать однозначные решения.
1.2. Краткая характеристика дисциплины
Естественнонаучная дисциплина “Аналитическая химия и физикохимические методы анализа” играет большую роль в различных областях
деятельности человека. Ни один из видов промышленной деятельности
выпускников
не
может
обойтись
без
данных
качественного
и
количественного анализа. Инженер-технолог использует методы, основанные
на химических реакциях (химические методы) или на измерении физических
параметров, связанных со свойствами определяемого вещества (физикохимические методы анализа) для проведения научно-исследовательской и
производственной деятельности в области производства, ремонта швейных
изделий и создания новых материалов.
Расчетные
и
практические
задачи
позволяют
студентам
применить
теоретические знания на практике, углубить процесс понимания явления,
закономерности, влияния различных факторов.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Теория химического анализа базируется на законах химического
равновесия, поскольку большинство используемых в анализе реакций
являются обратимыми. Для полного понимания химической реакции
необходимо
знание
ее
стехиометрии,
термодинамики
и
кинетики.
Предшествующими дисциплинами для изучения аналитической химии с
основами физико-химических методов анализа являются:
- общая и неорганическая химия (ЕНФ.04)
- органическая химия (ЕНФ.04)
- физическая химия (ЕНФ.04)
- коллоидная химия (ЕНФ.04)
- физика (ЕНФ.03)
- высшая математика (ЕНФ.01)
- информатика (ЕНФ.02)
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Основы аналитической химии и физико-химических методов анализа
используются при изучении последующих дисциплин:
- общая экология (ЕНФ.05) – (разделы: круговорот биогенных элементов,
оценка и анализ процессов и явлений, происходящих в окружающей среде);
- науки о Земле (ЕНФ.06) - (разделы: почвенные процессы, эрозия
и
деградация почв, общие закономерности гидрологических процессов,
процессы формирования, состав и свойства подземных вод);
- метрология, стандартизация и сертификация (ОПД.Ф.06) – (раздел:
алгоритмы обработки многократных измерений);
- промышленная экология – (ОПД.Ф.08) – (разделы: промышленные методы
очистки
отходящих
использования
газов
отходов
и
сточных
производства
вод,
и
экологические проблемы и пути их решения);
методы
переработки
потребления,
и
характерные
-
основы
токсикологии
–
(ОПД.Ф.09)
–
(разделы:
определение
токсикологических характеристик, санитарно-гигиеническое нормирование);
- химия окружающей среды – (СД.01) - (разделы: основные физикохимические
процессы
в
атмосфере,
гидросфере,
почвенном
слое,
трансформация и накопление загрязняющих веществ в окружающей среде,
формирование состава и кислотности атмосферных осадков и поверхностных
вод);
- экологический мониторинг – (СД.02) – (разделы: измерение концентраций
загрязняющих веществ, пробоотбор и
пробоподготовка, методы анализа
объектов окружающей среды и оценка экологической ситуации; основные
средства мониторинга воздушной, водной и других сред, методы и приборы
экологического контроля: хроматография, фотометры, колориметры, pHметры, ионометры);
- основы микробиологии и биотехнологии (СД.03) – ( разделы: химический
состав клеток, биотехнологические производства, получение продуктов
биотехнологии, очистка сточных вод, надежность биотехнологических
систем и проблемы охраны окружающей среды);
- оценка воздействия на окружающую среду (ВОС) и экологическая
экспертиза (СД.04) – (разделы: анализ расчетов загрязнения приземного
атмосферного воздуха, водоемов, анализ источников загрязнения, расчет
предельно допустимых сбросов и выбросов);
- техника защиты окружающей среды (СД.05) – (разделы: химические,
физико-химические методы очистки сточных вод, отходящих газов).
Инженер-эколог, владея аналитической химией и методами физикохимического анализа, сможет организовать и эффективно вести мониторинг
входных и выходных потоков для технологических процессов и предприятий
в целом, а также проводить природоохранные мероприятия.
Дипломированный специалист в области защиты окружающей среды должен
владеть навыками качественного и количественного анализа загрязняющих
веществ в отходящих газах, сточных водах, твердых отходах. Это позволит
ему
совершенствовать
сертифицировать
природоохранную
продукцию
с
целью
технику
и
максимальной
технологию,
экологической
безопасности и разрабатывать мероприятия по снижению антропогенного
воздействия на окружающую среду.
10
-
8
118
зачет
практические
лабораторные
-
3
Количество часов в
неделю
лабораторные
лабораторные
18
СРС
практические
136
аудиторные
1
практические
Учебные занятия ЗФО
зачет
лекции
68
Количество часов в
неделю
лекции
лабораторные
51
Формы итоговой
аттестации
практические
-
Формы итоговой
аттестации
лекции
17
СРС
всего
Общий объем
68
лекции
3
136
аудиторные
всего
Номер семестра
3
Учебные занятия ОФО
Общий объем
Номер семестра
2. Распределение часов учебных занятий по семестрам
10
-
8
3. Содержание дисциплины
3.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных
занятий
№ Раздел, тема учебного курса, содержание лекции
п/п
1
1.
2
ПЕРВЫЙ СЕМЕСТР
Раздел 1. Общие вопросы
Тема 1.1. Понятие о химическом анализе
1.1.1. Аналитическая химия. Цели и задачи
аналитической
химии.
Структура
и
методологические аспекты аналитической химии;
ее место в системе наук, связь с практикой.
Значение аналитической химии в развитии
естествознания и техники. Исторические периоды
развития. Современное состояние и тенденции
развития
аналитической
химии:
инструментализация,
автоматизация,
математизация, миниатюризация, переход к
многокомпонентному анализу.
1.1.2. Анализ.
Химическая
идентификация.
Аналитический
сигнал. Задачи и выбор метода обнаружения и
идентификации атомов, ионов и химических
соединений. Дробный и систематический анализ.
Микрокристаллоскопический анализ. Экспрессный
качественный анализ в заводских и полевых
условиях.
Основные характеристики
метода анализа:
правильность и воспроизводимость, коэффициент
чувствительности, предел обнаружения, нижняя и
верхняя границы определяемых концентраций.
Основные
методы
разделения
и
концентрирования, их роль в химическом анализе,
выбор и оценка. Сочетание методов разделения и
концентрирования с методами определения.
Гибридные
методы.
Одноступенчатые
и
многоступенчатые
процессы
разделения.
Теоретические основы методов экстракции.
Классификация экстракционных процессов. Типы
экстракционных систем. Условия экстракции
неорганических
соединений.
Разделение
и
концентрирование элементов методом экстракции.
Методы осаждения и соосаждения.
Кол-во
часов
ОФО
3
Кол-во
часов
ЗФО
4
Литература
(осн./доп.)
2
2
1-3
5
2.
3.
Применение неорганических и органических
реагентов для осаждения. Способы разделения
осаждением или растворением. Образование
комплексных
соединений.
Характеристики
малорастворимых
соединений,
часто
используемых в анализе. Методы отгонки:
возгонка, дистилляция.
Раздел 2. Качественный анализ
Тема 2.1. Качественный анализ
неорганических ионов
2.1.1. Химические методы анализа. Понятие о
групповых и специфических реактивах и реакциях.
Анализ катионов. Классификации катионов:
сульфидная,
кислотно-основная,
аммиачнофосфатная. Анализ анионов. Классификация
анионов. Анализ сухого вещества.
2.1.2. Физические и физико-химические методы
качественного
анализа.
Полярографический
качественный анализ смеси катионов и анионов.
Хроматографический
метод
качественного
анализа. Разделение катионов методом ионного
обмена. Отделение катионов от анионов методом
ионообменной
хроматографии. Разделение и
обнаружение смеси катионов всех аналитических
групп методом ионообменной хроматографии.
Спектральный метод качественного анализа.
Спектральный качественный анализ растворов.
Особенности спектров основных элементов.
Люминесцентный метод качественного анализа.
Флюоресценция
и
хемилюминесценция.
Возбудители люминесценции и светофильтры.
Раздел 3. Теоретические основы аналитической
химии
Тема 3.1. Равновесия в гомогенных системах
3.1.1. Типы химических реакций и процессов в
аналитической химии. Основные типы химических
реакций в аналитической химии: кислотноосновные, комплексообразование, окислениявосстановления.
Используемые
процессы:
осаждение-растворение, экстракция, сорбция.
Константы равновесия реакций и процессов.
3.1.2. Состояние веществ в идеальных и реальных
системах. Структура растворителей и растворов.
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.
Скорость реакции в химическом анализе.
Элементарные стадии реакции. Кинетические
2
1,2
2
1,2/1,2
уравнения. Факторы, влияющие на скорость
реакции.
Катализаторы,
ингибиторы.
Автокаталитические реакции. Индуцированные и
сопряженные реакции. Примеры ускорения и
замедления процессов, используемых
в
химическом анализе.
4.
5.
6.
Тема 3.2. Кислотно-основное равновесие
3.2.1. Кислотно-основные реакции. Современные
представления о кислотах и основаниях. Теория
Бренстеда-Лоури. Равновесие в системе кислотасопряженное основание, влияние растворителя.
Константы кислотности и основности. Кислотные
и основные свойства растворителей. Влияние
природы растворителя на силу кислоты и
основания. Нивелирующий и дифференцирующий
эффект
растворителя.
Кислотно-основное
равновесие в многокомпонентных системах.
3.2.2. Буферные растворы и их свойства.
Буферная емкость. Вычисление pH растворов
незаряженных и заряженных кислот и оснований,
многоосновных кислот и оснований, смесей кислот
и оснований.
Раздел 4. Раздел 4. Количественный анализ
Тема 4.1. Теоретические основы
количественного анализа
Понятие о количественном анализе. Цель и задачи
количественного анализа. Классификация методов
количественного
анализа.
Статистическая
обработка
результатов
количественных
определений. Теория ошибок. Понятие о значащих
цифрах. Роль количественного анализа в
проведении аналитических исследований.
Тема 4.2. Весовые методы
Гравиметрический метод анализа. Основные
законы
и
понятия,
лежащие
в
основе
гравиметрического метода анализа. Сущность
гравиметрического анализа, преимущества и
недостатки метода. Основные этапы и операции в
гравиметрическом
анализе.
Осаждаемая
и
гравиметрическая форма определяемого вещества,
требования предъявляемые к ним. Изменения
состава осадка при высушивании и прокаливании,
гравиметрический
фактор.
Расчет
навесок
определяемого вещества и осадителя. Явление
соосаждения.
Применение
органических
осадителей.
4.2.2. Аналитические весы. Чувствительность
весов. Факторы, влияющие на точность
взвешивания. Техника взвешивания.
2
1,2
2
1,2/1
2
2
1,2/1
Тема 4.3. Объемные методы анализа
4.3.1. Основные понятия. Эквивалент, молярная
масса
эквивалента.
Способы
выражения
концентрации растворов. Титрование. Приемы
титрования:
прямое
и
косвенное.
Точка
эквивалентности.
Методы
определения
эквивалентной точки титрования в различных
методах. Первичные и вторичные стандарты.
Фиксаналы. Индикаторы. Теория индикаторов.
4.3.2. Титриметрический анализ. Основные
законы, лежащие в основе титриметрического
анализа.
Требования
к
реакциям
в
титриметрическом
анализе.
Классификация
методов титриметрического анализа.
Кислотно-основное титрование. Ацидометрия,
алкалиметрия. Стандарты и титранты кислотноосновного
титрования.
Кислотно-основные
индикаторы.
Показатель
титрования
(pT)
индикатора. Расчет, построение и анализ кривых
кислотно-основного титрования (сильных, слабых
кислот и оснований). Выбор индикатора по кривой
титрования. Кислотно-основное титрование в
неводных
средах.
Примеры
практического
применения (титрование кислот, оснований,
смесей кислот и смесей оснований).
Комплексонометрическое
титрование.
Классификация методов. Понятие о комплексонах.
Способы комлексонометрического титрования:
прямое, косвенное. Селективность титрования и
способы ее повышения. Построение кривых
комплексонометрического
титрования.
Индикаторы. Механизм и химизм действия
индикаторов. Металлохромные индикаторы и
требования, предъявляемые к ним. Важнейшие
универсальные и специфические металлохромные
индикаторы. Примеры практического применения
методов комплексонометрического титрования.
Осадительное титрование. Классификация методов
осадительного
титрования.
Требования
к
веществам и реакциям в осадительном титровании.
Способы определения эквивалентной точки
титрования, индикаторы. Кривые осадительного
титрования. Влияние концентраций титруемых
растворов и природы осадка на величину скачка
титрования. Примеры практического применения
методов осадительного титрования.
Окислительно-восстановительное
титрование.
Классификация
методов
окислительновосстановительного титрования по типу титранта.
Требования к веществам и реакциям в
7.
8.
9.
окислительно-восстановительном
титровании.
Индикаторы:
окислительно-восстановительные,
специфические, необратимые. Расчет, построение
и анализ кривых титрования. Факторы, влияющие
на величину скачка титрования. Примеры
практического применения методов окислительновосстановительного титрования.
Тема 4.4. Физико-химические методы анализа
4.4.1 Общая характеристика инструментальных
методов. Прямые и косвенные
методы.
Преимущества
инструментальных
методов.
Классификация инструментальных методов.
4.4.2.
Спектральные
методы
анализа.
Молекулярные спектры поглощения. Электронные,
колебательные и вращательные спектры. Спектры
веществ в УФ- и видимой областях. Закон БугераЛамберта-Бера.
Светопоглощение
и
светопропускание.
Молярный
и
удельный
коэффициенты поглощения.
Фотоколориметрия и спектрофотометрия. Способы
определения
концентрации
растворов.
Фотометрическое
титрование.
Связь
аналитического
сигнала
с
концентрацией
определяемого
соединения.
Аппаратура.
Практическое применение.
4.4.3. Электрохимические методы анализа. Общая
характеристика
методов.
Классификация.
Электрохимические
ячейки.
Индикаторный
электрод и электрод сравнения. Равновесные и
неравновесные
электрохимические
системы.
Явления, возникающие при протекании тока
(омическое
падение
напряжения,
концентрационная и кинетическая поляризация).
Поляризационные кривые и их использование в
различных электрохимических методах.
4.4.4. Хроматографические методы анализа.
Определение
хроматографии.
Понятие
о
подвижной и неподвижной фазах. Классификация
методов по агрегатному состоянию подвижной и
неподвижной фаз, по механизму разделения, по
технике выполнения. Способы получения и
основные параметры хроматограмм. Основное
уравнение хроматографии. Селективность и
эффективность хроматографического разделения.
Теория теоретических тарелок. Кинетическая
теория. Разрешение как фактор оптимизации
хроматографического процесса. Качественный и
количественный хроматографический анализ.
Области применения.
Итого за учебный год
2
2
1-3/2
2
1-3/2
1
1-3/2
17
6
3.2 Практические (семинарские) занятия, их наименование, содержание
и объем в часах
Практические (семинарские) занятия учебным планом не предусмотрены.
3.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем часах
Номер
лаб.работы
1.
2.
3.
5.
6.
7.
8.
Наименование лабораторной работы
Раздел, тема
лекционного
курса
ПЕРВЫЙ СЕМЕСТР
Систематический
анализ
смеси Раздел 2.
катионов 1-6 аналитических групп Тема 2.1
(кислотно-основная классификация).
Анализ анионов.
Раздел 2.
Тема 2.1
Гравиметрический анализ.
Раздел 4.
Тема 4.2
Кислотно-основное титрование.
Раздел 4.
Тема 4.3
Комплексонометрическое титрование. Раздел 4.
Тема 4.3
Окислительно-восстановительные
Раздел 4.
методы анализа.
Тема 4.3
Физико-химические методы анализа. Раздел 4.
Фотоколориметрия.
Тема 4.4
Итого за учебный год
Объем
часов
ОФО
Объем
часов
ЗФО
6
6
6
4
4
6
4
4
34
6
3.4. Содержание и объем самостоятельной работы студентов
Разделы и темы
рабочей
программы
самостоятельного
изучения
Раздел 1.
Тема 1.1.
Раздел 3.
Тема 3.1.
Раздел 3.
Тема 3.1.
Перечень домашних заданий и
других вопросов для
самостоятельного изучения
Сроки
выполнения,
форма
контроля
Объем
часов
ОФО
Объем
часов
ЗФО
Методы осаждения и соосаждения.
Характеристики
малорастворимых
соединений, часто используемых в
анализе.
Письменное
домашнее
задание. Подготовка реферата.
1 неделя
2
6
2 неделя
2
4
Отчет
6 неделя
Письменный
отчет
2
8
8 неделя
2
8
3
8
4
4
12 неделя й
отчет
4
14
15 неделя
10
12
16 неделя
10
12
17 неделя
10
12
49
88
Состояние веществ в идеальных и
реальных
системах.
Структура
растворителей
и
растворов.
Расчетное домашнее задание.
Реакции
комплексообразования.
Типы комплексных соединений,
используемых
в
аналитической
химии.
Расчетное
домашнее
задание.
Раздел 3.
Тема 3.1.
Направление реакции окислениявосстановления. Факторы, влияющие
на
направление
окислительновосстановительных реакций.
Раздел 4.
Тема 4.1.
Статистическая
обработка
результатов
количественных
определений.
Теория
ошибок.
Письменное домашнее задание.
Раздел 4.
Тема 4.2.
Сущность
гравиметрического
анализа, преимущества и недостатки
метода.
Письменное
домашнее
задание.
Титриметрический анализ. УИРС
Раздел 4.
Тема 4.3.
Раздел 4.
Тема 4.4.
Раздел 4.
Тема 4.4.
Раздел 4.
Тема 4.4.
Спектральные
методы
анализа.УИРС.
Электрохимические методы анализа.
УИРС.
Хроматографические
методы
анализа. УИРС.
Всего за учебный год
Письменный
отчет.
Реферат
Письменный
отчет
10 неделя
Письменный
отчет.
11 неделя
Письменный
отчет.
4.Учебно-методические материалы по дисциплине
4.1. Основная литература
1. ЭБС «Znanium.com». Жебентяев А. И. Аналитическая химия.
Химические методы анализа: учеб. пособие/ А.И. Жебентяев, А.К. Жерносек,
И.Е. Талуть. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Новое знание, 2011. - 542 с.
2. Попова А.А. Аналитическая химия. Практикум по качественному
анализу: учебно-методическое пособие/А.А.Попова- Майкоп: издатель
А.А.Григоренко,2010.-122 с.
3. Попова А.А. Аналитическая химия. Программа и контрольные задания
для
студентов
заочной
формы
обучения:
учебно-методическое
пособие/А.А.Попова- Майкоп: издатель А.А.Григоренко,2010.- 57 с.
3.2.
Дополнительная литература
1. ЭБС «Айбукс». Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн., Кн. 1,
Титриметрические и гравиметрический методы анализа: учебник для
студентов вузов / В.П. Васильев. - М.: Дрофа, 2004. - 368 с.
2. ЭБС «Айбукс». Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн., Кн. 2,
Физико-химические методы анализа: учебник для студентов вузов / В.П.
Васильев. - М.: Дрофа, 2003. - 384 с.
4.3. Средства обеспечения дисциплины
- тесты для осуществления входного, текущего контроля и проверки
остаточных знаний;
- учебные комплексы, программное обеспечение;
- лабораторный комплекс оборудования.