Аналитическая химия и физико

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Биолого-технологический факультет
Кафедра химии
Рег. №_______________
«____»_________2011 г
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан биологотехнологического факультета
Жучаев К.В. ___________
«____»____________2011 г.
ГОС 2000 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Учебная дисциплина Химия ЕН.Ф.04
Аналитическая химия и физико-химические методы
анализа ЕН.Ф.04.03
по специальности 260501.65 – Технология продуктов общественного
питания
Форма обучения очная
Факультет биолого-технологический
Курс 2
Семестр 3
Вид и объем занятий
Часов
Форма контроля
Объем по ГОС
Объем по плану, всего
В том числе:
аудиторные занятия
Лекции
Лабораторно-практические
занятия
Самостоятельная работа
150
164
Контрольная работа
Экзамен
80
40
40
84
НОВОСИБИРСК 2011
Количество,
семестр
1/3
1/3
УДК 543 (07)
ББК 24.4
Рабочая программа составлена на основе требований Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования,
утвержденного Министерством образования и науки РФ от 23 марта 2000 г. к
содержанию и уровню подготовки выпускников по специальности 260501
«Технология продуктов общественного питания», рабочего учебного плана,
утвержденного ученым советом НГАУ «31» _октября__2010__г.
Программу разработала: Кусакина Наталья Алексеевна,
к.б.н. доцент кафедры химии.
Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры химии
Протокол № от « »____________ 2010 г.
Заведующий кафедрой Бокова Т.И., д.б.н., проф. _________________
Программа рассмотрена и одобрена методическим советом биологотехнологического факультета.
Протокол № ____ от «____»____________2011 г.
Зам. декана по методической работе
Кочнева М.Л., д.б.н., профессор
_____________________
2
РАЗДЕЛ 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
1.1. Выписка из государственного образовательного стандарта
Дисциплина Аналитическая химия и физико-химические методы
анализа должна содержать:
Элементный, молекулярный, фазовый анализ. Качественный анализ.
Методы разделения и концентрирования веществ. Методы
количественного анализа; гравиметрический анализ; титриметрический
анализ:
кислотно-основное,
окислительно-восстановительное,
осадительное,
комплексонометрическое
титрование.
Физикохимические методы анализа: электрохимические методы анализа;
хроматографический анализ.
1.2. Ссылка на типовую программу учебной дисциплины
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями
Государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования, утвержденного Министерством образования и науки РФ, к
содержанию и уровню подготовки выпускников по специальности 260501.65
– Технология продуктов общественного питания.
1.3. Цели и задачи учебной дисциплины
Цель дисциплины – формирование знаний и умений по аналитической
химии. Дать студентам определенный минимум знаний по аналитической
химии, который поможет заложить базу для усвоения профилирующих
дисциплин, показать межпредметные связи аналитической химии с
физической и коллоидной химией, биохимией, физиологией с/х животных,
кормлением с/х животных, экологией.
Задачами дисциплины является изучение:
качественного анализа химических соединений; методов
обнаружения и идентификации;
методов количественного анализа;
основных операций при проведении химического эксперимента;
основных методов титрования.
метрологических основ химического анализа;
инструментальных методов анализа.
Химический анализ служит средством контроля производства и качества
продукции в ряде отраслей народного хозяйства.
Научная основа химического анализа – аналитическая химия.
В природе все явления взаимосвязаны. Между различными науками
существуют естественные диалектические переходы. Аналитическая химия
имеет тесную связь не только с органической и неорганической химией, но и
с другими науками - биологией, физикой. Бурное развитие каждой из наук
привело к развитию новых наук - биохимии, физхимии, биофизики - путем
сочетания двух смежных.
3
Базовыми дисциплинами являются биология, физика, математика,
неорганическая химия, органическая химия.
Базирующиеся дисциплины: физическая и коллоидная химия, биохимия,
физиология с/х животных, кормление с/х животных, экология.
1.4. Требования к уровню усвоения дисциплины
По окончании изучения дисциплины, в соответствии с требованиями к
уровню подготовки выпускника по данной специальности студент должен
овладеть определенными знаниями, умениями и навыками:
иметь представление о химическом анализе: качественном и
количественном; современных инструментальных методах анализа; основах
математической статистики применительно к оценке правильности
результатов анализа;
знать цели и задачи химического анализа, пути и способы их решения;
принципы качественного анализа, качественный анализ основных классов
неорганических веществ; основы методов выделения, разделения,
концентрирования веществ; использование современных физических и
физико-химических методов в качественном и количественном анализе;
основы
гравиметрии,
титриметрии,
инструментальных
методов
количественного анализа.
уметь пользоваться справочной литературой; выполнять основные
действия при проведении химического эксперимента; составлять схему
анализа, проводить качественный и количественный анализ вещества;
выполнять итоговые расчеты с использованием статистической обработки
результатов анализа; владеть техникой выполнения аналитических операций
при качественном и количественном анализе вещества; работать с
основными типами приборов, используемых в анализе.
1.5. Виды и формы контроля
Система контроля за ходом и качеством усвоения студентами
содержания данной дисциплины включает следующие виды:
Текущий контроль – проводится систематически с целью установления
уровня овладения студентами учебным материалом. В течение семестра в
соответствии с рабочим учебным планом выполняются 9 лабораторнопрактических работ. По основным темам проводятся экспресс контрольные
работы, по результатам которых выставляются баллы.
Итоговый контроль – для контроля усвоения данной дисциплины
учебным планом предусмотрена одна итоговая контрольная работа и
экзамен. Экзамен является итоговым по дисциплине и проставляется в
приложении к диплому на основании выписки из зачетной книжки.
Промежуточный контроль (остаточных знаний)- проводится с целью
установления остаточных знаний по дисциплине при самоаттестации
университета
4
1.6. Виды активных методов и форм обучения
Основными формами обучения являются: лекции, лабораторнопрактические занятия, семинары, текущая самостоятельная работа дома,
выполнение контрольной работы.
Основным методом обучения является активизация получаемых
теоретических знаний в ходе учебного процесса.
РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Тематический план дисциплины Аналитическая химия и физикохимические методы анализа по специальности 260501.65 – Технология
продуктов общественного питания
Наименование разделов и тем
Количество часов
Лекции
Лаб.практ.
занятия
3
-
Самост.
работа
1
2
ВВЕДЕНИЕ. Предмет и задачи
1
аналитической химии. Значение
аналитической
химии
для
технологических производств.
РАЗДЕЛ 1. Основы химического анализа
Тема 1.1. Виды анализа. Понятие
2
об элементном, молекулярном,
фазовом анализе. Выбор метода
анализа
Тема1.2
Пробоотбор
и
2
пробоподготовка
Тема 1.3. Метрологические основы
4
2
химического анализа
РАЗДЕЛ 2. Качественный анализ
Тема 2.1. Методы выделения,
2
4
разделения и концентрирования
Тема 2.2. Методы обнаружения и
2
6
идентификации
РАЗДЕЛ 3. Количественный анализ
Тема
3.1.
Гравиметрический
2
4
метод анализа
Тема
3.2.
Титриметрические
2
2
методы анализа
Тема
3.3.
Кислотно-основное
2
2
титрование
Тема 3.4. Методы окислительно2
4
восстановительного титрования
Тема
3.5.
Осадительное
2
4
5
Всего
по теме
4
1
5
2
2
4
3
5
6
12
6
12
4
12
4
10
6
10
8
12
8
14
8
14
титрование
Тема 3.6. Комплексометрическое
2
2
6
титрование
РАЗДЕЛ 4. Физико-химические методы анализа
Тема 4.1. Общая характеристика
2
4
методов
Тема
4.2.Электрохимические
4
2
6
методы анализа
Тема 4.3.Оптические методы
5
4
6
анализа
Тема
4.4.Хроматографические
4
4
6
методы анализа
Итого:
40
40
84
10
6
12
15
14
164
2.2. Содержание отдельных разделов и тем
ВВЕДЕНИЕ. Предмет и задачи химии
Предмет и задачи аналитической химии. Индивидуальность
аналитической химии, ее место в системе наук, связь с практикой. Значение
аналитической химии в производстве продуктов общественного питания,
оценке качества продуктов. Основные аналитические проблемы: повышение
точности и избирательности; обеспечение экспрессности. Современные
тенденции, направления и перспективы развития науки.
РАЗДЕЛ 1. Основы химического анализа.
Тема 1.1. Виды анализа. Понятие об элементном, молекулярном,
фазовом анализе. Выбор метода анализа. Изотопный, элементный,
структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный,
фазовый. Макро-, микро-, ультрамикроанализ. Основные стадии химического
анализа. Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям:
правильность и воспроизводимость, коэффициент чувствительности, предел
обнаружения, селективность.
Единицы количества вещества и способы выражения концентрации.
Понятие: моль, моль-эквивалент. Массовая доля вещества, молярная
концентрация, молярная концентрация эквивалентов, титр раствора.
Тема 1.2. Пробоотбор и пробоподготовка. Проба и объект анализа.
Факторы, обуславливающие размер и способ отбора пробы. Способы
получения средней пробы твердых, жидких, газообразных веществ.
Первичная обработка и хранение проб. Основные способы перевода пробы в
форму, необходимую для данного вида анализа.
Тема 1.3. Метрологические основы химического анализа. Единицы
количества вещества и способы выражения концентрации. Понятие: моль,
моль-эквивалент. Массовая доля вещества, молярная концентрация,
молярная концентрация эквивалентов, титр раствора. Классификация
погрешностей анализа. Систематические и случайные погрешности.
6
Абсолютные и относительные погрешности. Способы оценки правильности:
использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования
навесок, сопоставление с другими методами. Статистическая обработка
результатов измерений.
РАЗДЕЛ 2. Качественный анализ
Тема 2.1. Методы выделения, разделения и концентрирования.
Основные методы разделения и концентрирования, их роль в химическом
анализе. Методы экстракции. Методы соосаждения.
Тема 2.2. Методы обнаружения и идентификации. Дробный и
систематический
анализ.
Групповые
реагенты.
Аналитическая
классификация катионов и ее связь с периодической системой элементов.
Классификация анионов.
РАЗДЕЛ 3. Количественный анализ
Тема 3.1. Гравиметрический метод анализа. Сущность анализа,
преимущества и недостатки метода. Прямые и косвенные методы
определения. Операции гравиметрического анализа. Общая схема
определений. Требования к осаждаемой и гравиметрической формам.
Изменения состава осадка при высушивании и прокаливании. Погрешности в
гравиметрическом анализе. Расчет массы навески и объем осадителя. Посуда
и аппаратура.
Тема 3.2. Титриметрические методы анализа. Методы анализа.
Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом
анализе. Виды титриметрических определений: прямое и обратное,
косвенное титрование. Первичные стандарты, требования к ним. Фиксаналы.
Вторичные стандарты.
Тема 3.3. Кислотно-основное титрование. Сущность кислотноосновного титрования. Индикаторы кислотно-основного титрования, области
перехода. Кривые титрования, интервал скачка рН, эквивалентная точка.
Выбор индикатора.
Тема 3.4. Методы окислительно-восстановительного титрования.
Общая характеристика метода. Классификация методов редоксиметрии.
Направление
протекания
окислительно-восстановительных
реакций.
Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный потенциал.
Перманганатометрическое титрование. Иодометрическое титрование.
Тема 3.5. Осадительное титрование. Сущность метода осадительного
титрования. Построение кривых титрования. Способы обнаружения
конечной точки титрования. Индикаторы. Примеры практического
применения.
Тема 3.6. Комплексометрическое титрование. Сущность метода.
Важнейшие комплексы, применяемые в химическом анализе – ЭДТА трилон Б. Методы комплексометрического титрования – прямое, по остатку,
замещения.
7
РАЗДЕЛ 4. Физико-химические методы анализа
Тема 4.1. Общая характеристика физико-химических методов.
Классификация физико-химических методов анализа. Значение и
преимущества методов.
Тема 4.2. Электрохимические методы анализа. Классификация методов.
Основные процессы, протекающие на электродах в электрохимической
ячейке. Потенциометрия. Сущность метода. Определение концентрации
анализируемого раствора (метод градуировочного графика, метод
стандартных добавок). Потенциометрическое титрование. Сущность метода.
Кривые потенциометрического титрования. Индикаторные электроды.
Кулонометрия. Сущность метода. Способы определения количества
электричества.
Тема 4.3. Оптические методы анализа. Общий принцип метода.
Классификация оптических методов анализа (по изучаемым объектам, по
характеру взаимодействия электромагнитного излучения с изучаемым
веществом, по используемой области электромагнитного спектра). Закон
Бугера-Ламберта-Бера. Оптическая плотность раствора, светоиспускание.
Методы абсорбционного анализа: колориметрия, фотоэлектроколориметрия,
спектрофотометрия. Колориметрия. Метод стандартных серий, метод
уравнивания окраски, метод разбавления. Фотоэлектроколориметрия.
Сущность метода, достоинства и недостатки. Условия фотометрического
определения (выбор фотометрической реакции, длины волны, концентрации
раствора, толщины поглощающего слоя, использование раствора сравнения).
Тема 4.4. Хроматографические методы анализа. Классификация
хроматографических методов. Сущность метода. Аналитический сигнал и
способы его регистрации. Газовая хроматография. Сущность метода.
Требования к газам-носителям и неподвижным фазам. Жидкостная
хроматография. Сущность метода. Ионообменная хроматография. Сущность
метода. Иониты, ионообменное равновесие. Методы ионообменной
хроматографии.
2.3. Содержание и организация самостоятельной работы
В процессе изучения дисциплины студент выполняет следующие виды
самостоятельной работы:
- подготовка к устному опросу – 20 часов;
- самостоятельное изучение тем – 20 часов;
- подготовка к контрольной работе – 24 часов;
- подготовка к экзамену – 20 часов.
Подготовка к устному опросу (20 часов) включает изучение
лекционного материала при подготовке к лабораторно-практическим
занятиям: формул, определений, основных понятий и законов. Форма
отчетности: регулярный опрос на лабораторно-практических занятиях.
8
Самостоятельное изучение тем (20 часов) включает самостоятельное
решение задач при подготовке к лабораторно-практическим занятиям. Форма
отчетности: выполненные задания и упражнения в индивидуальных тетрадях.
Текущий систематический контроль в виде самостоятельных работ (15-20
мин) по основным разделам курса. Количество вариантов типовых заданий –
15 (1 подгруппа).
Подготовка к контрольной работе (24 часа) включает выполнение
индивидуальных заданий по выполнению контрольной работы –
систематизация знаний по методам анализа. Форма отчетности: тетрадь для
контрольной работы (допуск к экзамену).
Подготовка к экзамену (20 часов) включает повторное изучение и
проработку лекционного и практического материала всех разделов курса, в
том числе вынесенных на самостоятельное изучение. Форма отчетности:
экзамен.
РАЗДЕЛ 3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Перечень учебно-методических материалов, разработанных ППС
кафедры:
1.Кусакина Н.А. Аналитическая химия и физико-химические методы
анализа: метод. пособие для выполнение лаб. работ и самост. подготовки
студентов/ Н.А. Кусакина, Т.И. Бокова, Г.П. Юсупова; Новосиб. гос. аграр.
ун-т. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2010. – 119с.
2.Бокова Т.И.Основы аналитической химии./Т.И. Бокова, Г.П. Юсупова, Н.А.
Кусакина - НГАУ, Новосибирск, 2005-108с.
3.Бокова Т.И. Инструментальные химические методы анализа: метод.
пособие./Бокова Т.И., Чемерис М.С., Юсупова Г.П., Кусакина Н.А.Новосибирск: НГАУ, 2002.-80 с.
3.2. Список вопросов для подготовки к экзамену
1. Виды и основные стадии химического анализа.
2. Аналитический сигнал. Требования, предъявляемые к аналитическим
реакциям.
3. Погрешности анализа: систематические, случайные.
4. Принципы и методы качественного анализа.
5. Дробный и систематический анализ.
6. Аналитическая классификация катионов.
7. Аналитическая классификация анионов.
8. Определить объем 0,5 н серной кислоты, необходимый для
нейтрализации 150 мл 0,1 н раствора КОН?
9. Какие вещества могут являться окислителями: перманганат калия,
соляная кислота, перекись водорода, серная кислота.
9
10. Понятия о стандартных веществах. Требования, предъявляемые к
стандартным веществам.
11. Количественный анализ: классификация методов.
12. Гравиметрический анализ. Форма осаждения и весовая форма.
13.Укажите, где окисление, а где восстановление: - КК+, F  F2.
14. Титриметрические методы анализа, требования к реакциям.
Классификация.
15. Кислотно-основное титрование. Кривые титрования. Выбор индикатора.
16. Окислительно-восстановительное титрование. Классификация методов
по типу титрантов.
17. Электродный потенциал. Уравнение Нернста.
18. Перманганатометрия. Сущность метода. Титрант, его приготовление ,
хранение, стандартизация. Фиксирование точки эквивалентности.
19. Йодометрия. Общая характеристика метода.
20. Осадительное титрование. Общая характеристика метода.
21. Комплексометрия. Методы титрования. Важнейшие комплексы в
химическом анализе.
22. Найти массу щелочи (кон), необходимую для полной нейтрализации
10 г серной кислоты.
23. Рассчитать Мэ окислителя и восстановителя для реакции: цинк + азотная
кислота.
24. Классификация физико-химических методов анализа.
25. Укажите, какие вещества могут являться восстановителями: хлор
молекулярный, анион хлора, перекись водорода, серная кислота.
26. Закон эквивалентов для реагирующих веществ.
27. Какое количество осадка образуется при взаимодействии 100 г нитрата
серебра с 50 г соляной кислоты?
28. Условия образования и растворения осадков.
29. Точка эквивалентности.
30. Физико-химические методы анализа.
31 Электрохимические методы анализа. Общая характеристика.
32. Потенциометрическое титрование. Сущность метода.
33. Прямая потенциометрия.
34. Кулонометрия. Теоретические основы метода.
35. Классификация оптических методов анализа.
36. Основной закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера. Физический
смысл входящих в него величин.
37. Методы колориметрического анализа.
38. Сущность и условия фотометрического определения.
39. Классификация хроматографических методов анализа.
40. Газожидкостная хроматография. Теоретические основы разделения.
Требования к подвижной и неподвижной фазам.
41. Ионообменная хроматография. Прогнозирование условий
ионообменного разделения смесей катионов и анионов.
10
3.3. Темы контрольных работ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Расчеты в аналитической химии.
Систематический анализ смеси катионов и анионов.
Вычисления в объемном анализе.
Расчеты в гравиметрическом методе анализа.
Физико-химические методы анализа.
Электрохимические методы анализа.
Оптические методы анализа.
Хроматографические методы анализа.
Химические и физические методы анализа.
характеристика.
Сравнительная
Контрольные работы необходимо выполнять с помощью методической
литературы:
1.Кусакина Н.А. Аналитическая химия и физико-химические методы
анализа: метод. пособие для выполнение лаб. работ и самост. подготовки
студентов/ Н.А. Кусакина, Т.И. Бокова, Г.П. Юсупова; Новосиб. гос. аграр.
ун-т. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2010. – 119с.
2.Бокова Т.И. Основы аналитической химии./Т.И. Бокова, Г.П. Юсупова,
Н.А. Кусакина - НГАУ, Новосибирск,2005-108с.
3.Бокова Т.И. Инструментальные химические методы анализа: метод.
пособие./Бокова Т.И., Чемерис М.С., Юсупова Г.П., Кусакина Н.А.Новосибирск: НГАУ, 2002.-80 с.
3.4. Список основной и дополнительной литературы
Основная литература
1.Основы аналитической химии: учеб. для вузов в 2 кн.: Кн.1: Общие
вопросы. Методы разделения/под ред. Ю.А. Золотова. – 2-е изд., перераб. и
доп. - М: Высшая школа, 1999.-– 351с.
2.Основы аналитической химии: учеб. для вузов в 2 кн.: Кн.2: Методы
химического анализа/под ред. Ю.А. Золотова. – 2-е изд., перераб. и доп. - М:
Высшая школа, 1999.-– 494с.
3. Цитович И.К. Курс аналитической химии: учеб. для студ. с.-х. спец. Высш.
учеб. заведений/ И.К. Цитович. – 6-е изд., испр. и доп.- М.: Высшая школа,
1994. – 495 с.
Дополнительная литература
1. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых
продуктов: учеб. пособие для студентов вузов в 4-х кн.: кн.1.
11
Титриметрические методы анализа/ Я.И. Коренман. – 2-е изд., перераб. и доп.
– М.: КолосС, 2005. – 239 с.
2. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых
продуктов: учеб. пособие для студ. вузов. в 4-х. кн.: кн.2. Оптические методы
анализа/ Я.И. Коренман. ─ 2-е изд., перераб. и доп. ─ М.:КолосС,2005. ─ 288
с.
3. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых
продуктов: учеб. пособие для студ. вузов. в 4-х кн.: кн.3. Электрохимические
методы анализа/ Я.И. Коренман. ─ 2-е изд., перераб. и доп. ─
М.:КолосС,2005. ─ 232 с.
4.Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых
продуктов: учеб. пособие для студ. вузов. ; в 4-х кн.: кн. 4
Хроматографические методы анализа/ Я.И. Коренман. ─ 2-е изд., перераб. и
доп. - М.:КолосС,2005. ─ 296 с.
Основная и дополнительная литература, рекомендованная рабочей
программой, имеется в библиотеке НГАУ
12