3101

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им Г.Ф. Морозова»

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки

19.03.01 – Биотехнология

Профиль – Промышленная экология

ВОРОНЕЖ 2017

2

УДК 543

Новикова Л.А. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 19.03.01 – Биотехнология, профиль – Промышленная экология / Л. А. Новикова, Л.И. Бельчинская, А.И. Дмитренков ; Министерство образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 21 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от )

3

1. Цели и задачи дисциплины

1.1Целью изучения дисциплины является формирование у студентов представлений об основных принципах, этапах и методах качественного и количественного анализа химических веществ органической и неорганической природы; освоение аналитических методик и приемов идентификации веществ и статистической обработки результатов анализа.

1.2Для достижения поставленной цели при изучении дисциплины «Аналитическая химия и физико-химические методы анализ» ставятся и решаются следующие задачи:

- изучение основных понятий и законов аналитической химии; - ознакомление с методами качественного и количественного анализа;

- освоение аналитических методик и приемов качественного и количественного анализа химических веществ;

- знакомство с методами разделения и концентрирования веществ, физико-химическими методами анализа веществ;

- овладение методами статистической обработки результатов анализа.

1.3. Дисциплина «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» относится к вариативной части основной профессиональной образовательной программы, индекс по учебному плану Б1.В.ОД.12.

2.Требования к результатам освоения дисциплины

2.1.Для эффективного освоения дисциплины «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» у обучающегося должны быть сформированы следующие предварительные компетенции или их части:

- способность работать в команде, толерантно воспринимая социальные и культурные различия (ОК-6);

- способность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы (ОПК-3).

2.2. Студент по результатам освоения дисциплины «Химия» должен обладать следующими общекультурными компетенциями:

- способностью использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции (ОК-1);

Студент по результатам освоения дисциплины должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

- способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-2).

4

2.3. В результате освоения дисциплины студент должен:

-знать: - закон действия масс, закон эквивалентов, формулы для расчета рН различных растворов, способы выражения концентраций растворов и их взаимные перерасчеты; сущность, теоретические основы и области применения химических и физико-химических методов анализа веществ; метрологические характеристики методов анализа.

-уметь: выбирать методы анализа для решения заданной аналитической задачи; проводить статистическую обработку результатов аналитических определений, их описание и анализ;

-владеть: аналитическими приемами качественного и количественного анализа химических веществ и метрологической оценки результатов.

3.Объем дисциплины и виды учебной работы

5

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

Таблица 2

4.2 Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. ПРЕДМЕТ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Предмет аналитической химии. Роль и место аналитической химии в обществе и среди других химических дисциплин. Классификация аналитических методов. Равновесие в гомогенных системах. Протолитическая теория кислот и оснований. Степень и константа диссоциации электролитов в растворах. Водородный и гидроксильный показатели рН и рОН. Равновесие в гетерогенных водных растворах, произведение растворимости.Равновесие в окислительновосстановительных процессах. Комплексные соединения, устойчивость комплексных соединений.

Качественный анализ неорганических веществ: предмет и задачи, основные понятия, классификация методов качественного анализа. Классификация катионов и анионов на аналитические группы и теоретические основы их обнаружения.

Раздел 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

6

Предмет и задачи количественного анализа. Классификация методов количественного химического анализа. Аналитический цикл и его основные этапы. Подготовка вещества к анализу, предварительные испытания. Методы разделения и концентрирования вещества: экстракция, дистилляция и перекристаллизация. Пробоотбор и пробоподготовка. Аналитические характеристики. Измерение и оценка результатов. Воспроизводимость результатов.

Гравиметрический анализ: сущность метода, осаждаемая и гравиметрическая формы; причины загрязнения осадков. Титриметрический анализ: сущность метода, приготовление рабочих и стандартных растворов, первичные стандарты, прямое, обратное и заместительное титрование. Кислотно-основное, окислительно-восстановительное, комплексометрическое и осадительное титрование. Расчеты в количественном анализе.

Раздел 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Предмет и задачи физико-химических методов анализа. Методы анализа,

общая характеристика, классификация. Молекулярная спектроскопия: теоретические основы метода; электронная спектроскопия; атомная абсорбционная спектроскопия. Техника молекулярной спектроскопии: принципиальная схема спектрального прибора; источники излучения; приемники излучения; регистрация спектров поглощения и испускания. Эмиссионный спектральный анализ: методы анализа; теоретические основы; качественный и количественный анализ. Спектры фотолюминесценции: механизм люминесценции; качественный и количественный анализ. Методы резонансной спектроскопии: основные принципы метода ЭПР; спектроскопия ЯМР. Фотометрия пламени: качественный и количественный анализ; применяемая аппаратура. Поляриметрия. Рефрактометрия. Электрохимические методы анализа: потенциометрия, кондуктометрия, вольтамперометрия, кулонометрия и др. Хроматографические методы анализа.

4.3. Перечень занятий, проводимых в интерактивной форме

7

9

11.Кислотно-основная классификация катионов по группам. Систематический анализ катионов по кислотно-основному методу. Аналитические реакции катионов различных аналитических групп.

Текущий контроль (коллоквиум) № 2 на 12 неделе

Вопросы по теме «Количественный анализ»

1.Количественный анализ. Классификация методов количественного анализа. Требования, предъявляемые к реакциям в количественном анализе.

2.Источники погрешностей анализа. Правильность и воспроизводимость результатов количественного анализа. Классификация погрешностей анализа. Оценка правильности результатов анализа. Случайные погрешности. Статистическая обработка и представление результатов количественного анализа.

3.Основные понятия гравиметрического анализа. Классификация методов гравиметрического анализа. Осаждаемая и гравиметрическая формы; требования, предъявляемые к этим формам. Осадители и требования к ним.

4.Титриметрический анализ. Основные понятия /аликвота, титрант, титрование, точка эквивалентности, конечная точка титрования, индикатор, кривая титрования. Требования, предъявляемые к реакциям в титриметрии. Реактивы, применяемые в титриметрическом анализе, стандартные вещества, титранты.

5.Типовые расчеты в титриметрическом анализе. Способы выражения концентраций в титриметрическом анализе /молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, титр/. Расчет массы стандартного вещества, необходимой для приготовления титранта. Расчет концентрации титранта при его стандартизации. Расчет массы и массовой доли определяемого вещества по результатам титрования.

6.Классификация методов титриметрического анализа: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, осадительное, комплексометрическое и комплексонометрическое титрование. Приемы титрования в титриметрическом анализе (прямое, обратное, заместительное). Методы установления конечной точки титрования (визуальные, инструментальные).

7.Кислотно-основное титрование. Основные реакции и титранты метода. Типы кислотно-основного титрования /ацидиметрия, алкалиметрия/.

8.Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Требования, предъявляемые к индикаторам. Интервал изменения окраски индикатора. Примеры типичных индикаторов кислотно-основного титрования.

9.Кривые кислотно-основного титрования. Расчет, построение и анализ типичных кривых титрования. Выбор индикаторов по кривой титрования.

10.Окислительно-восстановительное титрование. Классификация редоксметодов. Условия проведения окислительно-восстановительного титрования. Виды окислительно-восстановительного титрования /прямое, обратное, заместительное/ и расчеты результатов титрования.

11.Индикаторы окислительно-восстановительного титрования. Классификация индикаторов. Обратимые и необратимые индикаторы. Интервал изменения окраски индикатора.

12.Кривые окислительно-восстановительного титрования. Выбор индикатора по кривой титрования. Индикаторные ошибки окислительновосстановительного титрования.

13.Перманганатометрическое титрование: условия проведения, титрант, его стандартизация, конечная точка титрования. Применение перманганатометрии.

10

14.Дихроматометрическое титрование: сущность метода, титрант, конечная точка титрования, применение.

15.Иодометрическое титрование: сущность метода, титранты, их стандартизация, условия проведения титрования, конечная точка титрования, применение метода.

16.Комплексонометрическое титрование. Понятие о комплексонатах металлов. Сущность метода комплексонометрического титрования. Кривые титрования и индикаторы комплексонометрии (металлохромные индикаторы), принцип действия, требования к металлохромным индикаторам; интервал изменения окраски индикаторов (эриохромовый черный Т, мурексид и др.). Прямое, обратное, заместительное комплексонометрическое титрование. Применение комплексонометрии.

17.Меркуриметрическое титрование: сущность метода, индикаторы, применение меркуриметрии.

18.Осадительное титрование: сущность метода, требования к реакциям в методе осадительного титрования. Классификация методов по природе взаимодействующего реагента (аргентометрия, меркурометрия). Виды осадительного титрования /прямое, обратное/. Кривые осадительного титрования, их расчет, построение, анализ.

Текущий контроль (коллоквиум) № 3 на 18 неделе

Вопросы по теме «Физико-химические методы анализа»

1.Классификация физико-химических методов. Применение в анализе объектов окружающей среды. Основные преимущества физико-химических методов: чувствительность, селективность, экспрессность.

2.Оптические методы. Спектр электромагнитного излучения, его основные характеристики и способы их выражения. Ультрафиолетовая, инфракрасная и видимая области спектра. Спектры атомов и молекул. Их использование в аналитической химии. Закон поглощения электромагнитного излучения Бугера-Ламберта-Бера.

3.Атомно-эмиссионный и атомно-абсорбционный методы. Источники атомизации и возбуждения, их характеристики.

4.Спектрофотометрический метод. Реакции, используемые в фотометрическом методе. Выбор оптимальных условий их проведения. Причины отклонения от закона светопоглощения. Способы определения концентрации вещества. Применение спектрофотометрического метода для определения элементов и органических соединений.

5.Нефелометрический и турбидиметрический методы анализа. Люминесцентный анализ.

6.Электрохимические методы. Общая характеристика методов. Классификация, Электрохимическая цепь, ячейка. Индикаторный электрод и электрод сравнения.

7.Прямая потенциометрия. Индикаторные электроды. Ионометрия. Ионселективные электроды (стеклянные электрод, определение рН). Потенциметрическое титрование. Использование реакций кислотноосновных, осаждения, комплексообразования и окисления-восстановления.

8.Сущность полярографического метода анализа, кулонометрии. Теоретические основы, законы Фарадея.

9.Хроматография. Основные принципы метода. Классификации по типу подвижной и неподвижной фазы, механизму разделения и технике эксперимента. Методы получения хроматограмм. Основные теоретические