УЧЕБНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Образовательная направленность, в рамках которой реализуется программа, –
естественно-научная.
Возраст
обучающихся
14
–
16
лет.
Программа
предназначена для одаренных детей, мотивированных на углубленное изучение
химии и ее применение для контроля объектов окружающей среды и качества
продуктов питания. Программа «Основы качественного и количественного
анализа»
разработана
на
основе
школьной
программы
по
общей
и
неорганической химии. Программа предназначена для подготовки школьников к
участию в олимпиадах и выработки навыков научно-исследовательской работы.
Программа рассчитана на 128 часов. Продолжительность одного занятия 4 часа.
Цель занятий: обучение основам качественного и количественного анализа;
привитие навыков научно-исследовательской работы, формирование умений
самостоятельно ставить задачи, проводить исследования, делать выводы по
результатам проделанной работы, развитие творческого мышления.
Основными
задачами
являются:
обучение
навыкам
и
приемам
исследовательской работы, умению самостоятельно делать выводы; проводить
совместную научную работу.
В процессе обучения планируется как изучение теоретических основ
качественного и количественного анализа, так и обучение приемам и технике
эксперимента, умению решать самостоятельно исследовательские задачи. В
процессе обучения школьники приобретают навыки получения необходимой
информации из книг и научных журналов, в том числе реферативных, умение
сопоставлять и анализировать полученные данные, формулировать проблемы,
составлять план работы для их решения, проводить самостоятельно эксперимент,
применять методы математической статистики для обработки полученных
результатов.
II. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
Наименование разделов, блоков, тем
Общее
Теорети-
Практи-
коли-
ческие
ческие
чество
занятия
занятия
часов
1.
Вводное занятие. Задачи аналитической химии.
4
4
2
Химическое равновесие. Закон действующих
4
4
4
1
4
4
4
4
4
4
масс. Константы равновесия для идеальных и
реальных систем.
3.
Аналитические реакции и реагенты.
3
Качественные реакции на катионы натрия,
калия, аммония, магния, бария, стронция,
кальция.
4.
Кислотно-основное равновесие.
Протолитическая теория Бренстеда – Лоури.
5.
Автопротолиз. Вычисление рН растворов
сильных и слабых кислот и оснований.
6.
Буферные растворы и их свойства. Расчет рН
буферных смесей.
7.
Обнаружение катионов I – II аналитических
4
4
групп (контрольная задача).
8.
Амфолиты, расчет рН в растворах амфолитов.
4
2
4
4
4
4
Качественные реакции на катионы алюминия,
цинка.
9.
Строение комплексных соединений.
Равновесие комплексообразования. Константы
устойчивости.
10.
Влияние комплексообразования на
растворимость осадков, окислительновосстановительные потенциалы систем.
2
11. Органические реагенты. Качественные реакции
4
1
4
4
4
1
4
4
3
на катионы кобальта, никеля, железа.
12.
Равновесный электродный потенциал.
Уравнение Нернста.
13.
Применение окислительно-восстановительных
3
реакций для открытия катионов и анионов.
Качественные реакции на катионы марганца,
хрома, олова, висмута, меди, свинца.
14. Направление окислительно-восстановительных
реакций. Константа равновесия.
15.
Экспериментальная задача на определение
4
4
катионов I – V аналитических групп.
16.
Равновесие между осадком и нсыщен-ным
4
4
4
1
3
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
4
раствором. Константа равновесия.
17.
Растворимость. Факторы, влияющие на
растворимость. Условия выпадения и
растворения осадков. Реакции открытия
анионов.
18. Метрологические основы химического анализа.
Определение качественного состава смеси
солей.
19.
Сущность титриметрического анализа.
Приготовление растворов первичных и
вторичных стандартных веществ.
20.
Кривые титрования. Способы фиксирования
конечной точки титрования. Работа с
лабораторной посудой.
21.
Кислотно-основное титрование. Построение
кривых титрования сильной (слабой) кислоты
сильным основанием.
22. Стандартизация раствора гидроксида натрия по
4
4
щавелевой кислоте.
23.
Кислотно-основные индикаторы. Выбор
4
4
индикатора для установления конечной точки
титрования.
24.
Определение содержания фосфорной кислоты.
4
25.
Титрование многоосновных оснований.
4
1
4
4
4
4
4
3
Определение содержания гидрокарбонат- и
карбонат- ионов в природной воде.
26.
Окислительно-восстановительное титрование.
Кривые титрования.
27.
Способы определения конечной точки
титрования в методах окислительновосстановительного титрования.
28.
Перманганатометрия. Определение нитрита
4
4
натрия, пероксида водорода.
29.
Дихроматометрия. Определение железа.
4
4
30.
Иодометрия. Определение меди, дихромата
4
4
калия.
31.
Комплексонометрическое титрование. Кривые
4
4
титрования катионов металлов растворов
ЭДТА. Индикаторы.
32. Определение кальция и магния при совместном
4
4
присутствии.
Итого
128
73
55
III. СОДЕРЖАНИЕ ИЗУЧАЕМОГО КУРСА
1. Вводное занятие (4 ч). Ознакомление учащихся с задачами аналитической
химии. Краткие сведения из истории развития аналитической химии. Роль
аналитической химии в развитии химических, геохимических, биологических и
других естественных наук. Основные этапы развития аналитической химии, ее
современное состояние и тенденции развития. Аналитические службы.
Современные требования к методам анализа: правильность, воспроизводимость,
селективность, экспрессность, возможность автоматизации.
2. Химическое равновесие (8 ч). Факторы, влияющие на скорость химических
реакций. Закон действующих масс в применении к химическому равновесию в
гомогенных системах. Общие принципы смещения ионных равновесий. Идеальные
и реальные системы. Активность и концентрация. Ионная сила раствора.
Коэффициент активности. Главная и конкурирующая реакции. Основные виды
конкурирующих реакций. Общая и равновесная концентрация. Вычисление
равновесной концентрации вещества, участвующего в нескольких реакциях.
Классификация методов анализа. Качественный и количественный анализ.
Химические и инструментальные методы анализа, химический макро-, полумикрои микроанализ. Реакции, используемые в анализе. Чувствительность реакций и
способы ее выражения. Правила техники безопасности. Методы обнаружения и
разделения веществ. Аналитические реакции и реагенты. Основные методы
обнаружения элементов: химические, микрокристаллоскопические, капельные.
Способы повышения селективности и чувствительности методов обнаружения.
Дробный и систематический анализ. Схемы качественного анализа: кислотнощелочная, сероводородная, аммиачно-фосфатная. Качественные реакции на
катионы натрия, калия, аммония, магния, бария, стронция, кальция.
3. Кислотно-основное равновесие (20 ч). Современные представления о
кислотах и основаниях. Протолитическая теория Бренстеда-Лоури: понятие
кислоты, основания, амфолита, сопряженной кислотно-основной пары. Роль
растворителя в кислотно-основном равновесии. Константы кислотности и
основности. Кислотно-основные свойства растворителей. Автопротолиз. Равновесия
в растворах многоосновных кислот и оснований. Буферные растворы и их свойства.
Понятие о буферной емкости. Роль буферных растворов в химическом анализе.
Вычисление рН растворов сильных и слабых кислот и оснований, амфолитов,
буферных смесей.
Индивидуальная контрольная экспериментальная задача на обнаружение катионов
I-II аналитических групп. Качественные реакции на катионы алюминия, цинка.
4. Равновесие комплексообразования (12 ч). Типы комплексных соединений,
используемых в аналитической химии. Понятие о координации, координационном
числе как характеристике центрального атома - комплексообразователя,
дентатности лиганда. Ступенчатые и общие константы устойчивости. Факторы,
влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда,
концентрация, рН, температура. Вычисление равновесных концентраций
комплексных форм в заданных условиях (концентрация лиганда, рН). Влияние
комплексообразования на растворимость осадков, окислительно-восстановительные
потенциалы систем. Органические реагенты. Понятие о функциональноаналитических группах. Основные типы соединений, образуемых с участием
органических реагентов. Хелаты и внутрикомплексные соединения. Правило
циклов. Использование комплексных соединений в анализе для обнаружения,
разделения, концентрирования, маскирования и определения ионов. Качественные
реакции на катионы кобальта, никеля, железа.
5. Окислительно-восстановительное равновесие (16 ч). Окислительновосстановительные реакции. Равновесный электродный потенциал. Уравнение
Нернста. Стандартный и формальный (реальный) окислительно-восстановительный
потенциал. Факторы, влияющие на величину окислительно-восстановительного
потенциала: концентрации окисленной и восстановленной форм, ионная сила,
температура, рН раствора, процессы комплексообразования и осаждения.
Направление реакций окисления и восстановления. Константа равновесия
окислительно-восстановительной реакции и ее связь с потенциалами реагирующих
окислительно-восстановительных пар. Важнейшие окислители и восстановители,
используемые в аналитической химии.
Качественные реакции на катионы марганца, хрома, олова, висмута, меди,
свинца. Индивидуальная экспериментальная задача на определение катионов первой
– пятой аналитических групп.
6. Равновесие в гетерогенной системе (16 ч). Определение гетерогенной
системы. Равновесие между осадком и его насыщенным раствором. Константа
равновесия - термодинамическая, реальная, условная. Условия выпадения и
растворения осадков. Связь растворимости и константы растворимости. Факторы,
влияющие на растворимость: концентрация одноименных ионов, конкурирующие
реакции (протонирования, комплексообразования, окисления-восстановления),
ионная сила, температура, природа растворителя. Реакции открытия анионов.
7. Метрологические основы химического анализа (4 ч). Классификация
погрешностей анализа. Абсолютная и относительная, систематическая и случайная
погрешности.
Правильность
и
воспроизводимость
анализа.
Критерии
воспроизводимости: дисперсия, стандартное отклонение, размах выборки. Оценка
правильности в отсутствие систематической погрешности: нахождение
доверительного
интервала
при
заданной
доверительной
вероятности.
Характеристики чувствительности аналитических методов: предел обнаружения,
нижняя и верхняя границы определяемых содержаний, коэффициент
чувствительности. Определение качественного состава смеси солей.
8. Титриметрический анализ (8 ч). Сущность титриметрического анализа.
Требования к реакциям, используемым в титриметрии. Понятие об эквиваленте,
факторе эквивалентности, молярной массе эквивалента. Выражение концентрации
растворов: молярная, молярная
концентрация эквивалента, титр раствора.
Первичные и вторичные стандартные вещества. Требования к первичным
стандартным веществам. Фиксаналы. Приемы титрования: методы пипетирования и
отдельных навесок. Прямое и обратное титрование.
Кривые титрования. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Способы
фиксирования конечной точки титрования. Основные этапы анализа: выбор метода
анализа, отбор пробы, подготовка пробы к анализу, получение и измерение
аналитического сигнала, математическая обработка результатов. Работа с
лабораторной посудой (пипеткой Мора, бюреткой, мерной колбой).
9. Кислотно-основное титрование (20 ч). Вычисление рН растворов при
титровании сильных и слабых кислот и оснований. Кривые титрования. Титрование
многоосновных кислот и оснований. Кислотно-основные индикаторы. Теория
индикаторов. Интервал перехода окраски индикатора, показатель титрования.
Выбор индикатора для установления конечной точки титрования. Важнейшие
индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин. Примеры практического
применения кислотно-основного титрования: стандартизация раствора гидроксида
натрия по раствору щавелевой кислоты; определение содержания фосфорной
кислоты в присутствии метилового оранжевого и фенолфталеина. Определение
содержания гидрокарбонат- и карбонат- ионов в природной воде.
10. Окислительно-восстановительное титрование (20 ч). Изменение
потенциала в процессе титрования. Кривые титрования. Факторы, влияющие на
величину скачка. Фиксирование конечной точки титрования: окислительновосстановительные и специфические индикаторы, безындикаторное титрование.
Важнейшие методы титрования, основанные на окислительно-восстановительных
процессах, и их практическое применение.
Перманганатометрия. Общая характеристика метода. Первичные и вторичные
стандартные растворы. Обнаружение конечной точки титрования. Определение
железа(II), оксалата, нитрита, пероксида водорода, "окисляемости" воды.
Дихроматометрия. Общая характеристика метода. Обнаружение конечной точки
титрования. Определение железа(II).
Иодометрия. Общая характеристика метода. Система иод-иодид. Первичные и
вторичные стандартные растворы. Крахмал как индикатор. Определение меди(II),
железа(III), дихромата, кислот.
11.
Комплексонометрическое
титрование
(8
ч).
Использование
этилендиаминтетрауксусной кислоты, ее динатриевой соли (ЭДТА) в
титриметрическом анализе. Способы комплексонометрического титрования:
прямое, обратное, косвенное. Изменение концентрации иона металла в процессе
титрования. Факторы, влияющие на величину скачка. Обнаружение конечной точки
титрования:
металлохромные
и
специфические
индикаторы.
Примеры
практического применения. Определение кальция и магния в природной воде.
IV. ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ
Для контроля степени овладения школьниками основ качественного и
количественного анализа, проверки эффективности обучения используется участие
учащихся в научно-практических конференциях, олимпиадах различного уровня и
других интеллектуальных соревнованиях.
№
1
2
3
Видыконт
Цель организации контроля
роля
ПредвариВыявление знаний учащихся,
тельный
определение области их
контроль
познавательных интересов
Текущий
Проверка эффективности обучения
контроль
Итоговый
контроль
Выявление способности применять
полученные знания для решения
исследовательских задач
Формы организации контроля
Анкетирование, тестирование,
собеседование
Индивидуальный устный
контроль; экспериментальные
и теоретические творческие
задания
Участие в олимпиадах,
интеллектуальных
соревнованиях
V. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Гравиметрический и титриметрический методы
анализа. М: Высшая школа, 1989.
2. Дорохова Е.Н. Задачи и вопросы по аналитической химии / Е.Н. Дорохова, Г.В.
Прохорова. М.: Изд-во МГУ, 1997.
3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М: Химия, 1979.
4. Основы аналитической химии. Задачи и вопросы / Под ред. Ю.А. Золотова. М. Высшая
школа, 2002.
5. Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А. Золотова. Т. 1,2. М.: Высшая школа,
2000.
6. Пилипенко Л. Т. Аналитическая химия / А.Т. Пилипенко, И.В. Пятницкий. Т. 1,2. М.:
Химия, 1990.
7. Скуг Д. Основы аналитической химии / Д. Скуг, Д. Уэст. Т. 1 и 2. М.: Мир, 1979.
8. Ушакова Н.Н. Курс аналитической химии. М: Изд-во МГУ, 1984.
9. Ушакова Н.Н. Пособие по аналитической химии. Количественный анализ / Н.Н.
Ушакова, Е.Р. Николаева, С.А. Моросанова. М.: Изд-во МГУ, 1978.
10. Основы аналитической химии. Практическое руководство / Под ред. Ю.А. Золотова..
М.: Высшая школа, 2001.