РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

СОВРЕМЕННАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

по направлению

020900.62 – химия, физика и механика материалов

разработана д.х.н. Е.М. Басовой

Место курса в профессиональной подготовке бакалавров. Курс «Современная

аналитическая химия» является частью профессиональной подготовки студентов.

Современная аналитическая химии — это высокочувствительные, надежные и экспрессные методы определения химического состава и структуры новых материалов, в том числе и наноматериалов. Курс опирается на знания студентов, полученные при изучении общей и неорганической химии, и обеспечивает теоретическую подготовку и практические навыки по основным химическим и физико-химическим методам анализа.

Формы работы студентов. В ходе изучения дисциплины предусматривается выполнение лабораторных работ, домашних расчетно-графических работ и проведение семинаров для решения задач по теоретическим основам аналитической химии и вычислениям в титриметрическом и гравиметрическом методах анализа.

Самостоятельная работа студентов выполняется в течение семестра в форме расчетно-графических работ по индивидуальным заданиям и решения расчетных задач из задачников.

Виды текущего контроля включают проверку оформления и результатов выполнения лабораторных работ, расчетно-графических работ, проведение контрольных работ и коллоквиумов.

Форма итогового контроля: зачет и экзамен по теоретической части и по практическим работам.

3.2. Цель и задачи дисциплины Цель дисциплины: заложить знания теоретических основ химических равновесий различных типов и факторов, влияющие на их протекание; сущности основных химических и инструментальных методов анализа; роли аналитической химии в создании новых веществ с заранее заданными свойствами и новых технологий.

Задачи дисциплины:

• научить выполнять теоретические расчеты рН растворов кислот, оснований и буферов, стандартных и реальных потенциалов, содержания анализируемого вещества по данным гравиметрического и титриметрического методов анализа;

• научить выполнять определения титриметрическим, спектрофотометрическим и потенциометрическим методами анализа и обработать полученные результаты;

• научить пользоваться специальной и справочной литературой.

3.3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В ходе изучения дисциплины студенты получают:

• знания сущности, аналитических и метрологических характеристик, возможностей и ограничений, областей применения основных аналитических методов;

• умения выполнять расчеты химических равновесий и результатов анализа;

• навыки и приемы работы в аналитической лаборатории на доступном оборудовании.

Обеспечиваемые компетенции. В результате освоения материала курса студент должен представлять возможности и ограничения различных методов анализа и на этом основании компетентно выбрать аналитический метод для решения конкретной задачи, найти в литературе методику, при необходимости адаптировать ее, провести определение и оценить правильность и воспроизводимость результатов анализа. Приобретенные в рамках курса компетенции и умения позволят бакалавру эффективно использовать методы аналитической химии для решения поставленной задачи.

Разделы (темы) дисциплины, содержание и виды занятий № Раздел дисциплины Л С ЛР СР п/п (час) (час) (час) (час) Предмет и методы аналитической химии — — 1 2 Химическое равновесие в аналитической химии. — 2 6 6 Основные типы реакций, используемых в аналитической химии Метрологические основы химического анализа — 3 2 2 Титриметрические методы анализа 4 6 4 8 Гравиметрический метод анализа 5 2 4 Методы молекулярной оптической спектроскопия 6 4 1 8 Методы атомной оптической спектроскопии — — 7 4 Электрохимические методы анализа 8 4 1 4 Кинетические методы анализа — — 9 2 Методы разделения и концентрирования в — — 10 2 аналитической химии Отбор проб и подготовка пробы к анализу. Анализ — — 11 2 объектов Содержание разделов дисциплины 1. Предмет и методы аналитической химии Предмет аналитической химии. Методы аналитической химии, их классификация.

Качественный и количественный анализ. Требования, предъявляемые к методам в аналитической химии. Метод и методика. Аналитический сигнал. Коэффициент чувствительности. Современное состояние и основные тенденции развития аналитической химии: инструментализация, применение ЭВМ, миниатюризация, сенсоры, тест-методы, многокомпонентный анализ.

2. Химическое равновесие в аналитической химии. Основные типы Химическое равновесие. Идеальные и реальные растворы. Теория Дебая—Хюккеля.

Ионная сила раствора. Активность и концентрация. Коэффициент активности.

Конкурирующие реакции. Общая (аналитическая) концентрация. Молярная доля. Константы равновесия: термодинамическая, реальная, условная; их взаимосвязь.

Кислотно-основные реакции. Концепции кислот и оснований (Аррениуса, Бренстеда и Лоури, Льюиса, Усановича). Протолитическая теория кислот и оснований (Бренстеда и Лоури). Сила кислот и оснований, константы кислотности и основности. Классификация растворителей. Автопротолиз и константа автопротолиза. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителей. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Расчет рН растворов сильных и слабых кислот и оснований, смесей кислот или оснований, буферных растворов.

Равновесие в системе раствор — осадок. Произведение растворимости как константа равновесия. Условие выпадения осадка. Растворимость. Факторы, влияющие на растворимость: действие одноименного иона, комплексообразование, рН, природа растворителя, ионная сила раствора. Термодинамическое, реальное и условное произведение растворимости.

Реакции комплексообразования. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Концепция ступенчатости образования и диссоциации комплекса.

Ступенчатые и общие константы устойчивости. Вычисление равновесных концентраций комплексных форм. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, рН, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексов.

Органические реагенты. Понятие о функционально-аналитической группировке.

Факторы, влияющие на реакционную способность органических реагентов с ионами металлов. Правило образования циклов Чугаева. Хелаты, хелатный эффект.

Внутрикомплексные соединения. Важнейшие органические реагенты: 8-оксихинолин, диметилглиоксим, ЭДТА, диэтилдитиокарбаминат натрия, фенантролин, ацетилацетон.

Строение реагентов и комплексов с металлами.

Окислительно-восстановительные реакции. Уравнение Нернста. Стандартный и реальный (формальный) потенциалы. Факторы, влияющие на величину потенциала: рН, комплексообразование, образование малорастворимых соединений с окисленной или восстановленной формами. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции.

Направление реакций окисления-восстановления.

Случайные, систематические погрешности, промахи. Основные источники погрешностей. Правильность, воспроизводимость, сходимость, точность анализа. Оценка значимости систематических погрешностей. Способы оценки правильности: использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами. Стандартные образцы. Виды распределений случайных погрешностей:

нормальное распределение, распределение Стьюдента. Среднее значение, дисперсия, стандартное отклонение, доверительный интервал, доверительная вероятность, уровень значимости. Обнаружение промахов, Q-критерий. Предел обнаружения. Нижняя граница определяемых содержаний. Использование метода наименьших квадратов для построения градуировочных графиков.

Сущность титриметрического анализа. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Требования к химическим реакциям, применяемым в титриметрии.

Классификация титриметрических методов по химическим процессам. Основные приемы титрования (прямое, обратное, титрование по замещению). Молярная концентрация.

Эквивалент, фактор эквивалентности, молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация). Титр. Первичные и вторичные стандарты. Фиксаналы. Расчеты в титриметрии.

Кислотно-основное титрование в водных растворах. Первичные стандарты, приготовление и стандартизация рабочих растворов (HCl и NaOH). Построение кривых титрования. Скачок титрования. Титрование сильных кислот (оснований) сильными основаниями (кислотами). Титрование слабых кислот (оснований) сильными основаниями (кислотами). Кривые титрования многоосновных кислот (многокислотных оснований).

Влияние величины константы диссоциации кислоты или основания, их концентрации и температуры на характер кривых титрования. Кислотно-основные индикаторы: ионнохромофорная теория, константы ионизации индикаторов, интервал перехода окраски и показатель титрования. Основные индикаторы: метиловый оранжевый и фенолфталеин.

Примеры практического применения: определение соляной и борной кислот при совместном присутствии; определение солей аммония и азота органических соединений по методу Кьельдаля; анализ смесей карбоната и гидрокарбоната натрия, карбоната и гидроксида натрия.

этилендиаминтетрауксусной кислоты и ее двунатриевой соли: строение, растворимость в воде, дентатность, состав образующихся комплексов. Построение кривых титрования: расчет концентраций иона металла в процессе титрования. Факторы, влияющие на величину скачка.

Обнаружение конечной точки титрования: металлохромные индикаторы (эриохромовый черный Т, мурексид) и специфические индикаторы, предъявляемые к ним требования, механизм действия. Способы титрования. Примеры практических применений: определение кальция, магния, алюминия, анионов.

Окислительно-восстановительное титрование. Молярная масса эквивалента в окислительно-восстановительных реакциях. Построение кривых титрования: вычисление окислительно-восстановительного потенциала в процессе титрования. Понятие о смешанном потенциале. Факторы, влияющие на величину скачка. Методы обнаружения конечной точки титрования. Окислительно-восстановительные индикаторы (дифениламин), специфические индикаторы (крахмал), безындикаторное титрование. Перманганатометрия: общая характеристика метода, первичные и вторичные стандартные растворы, стандартизация раствора перманганата калия по оксалату натрия, определение железа(II), роль компонентов смеси Рейнгарда—Циммермана. Дихроматометрия: общая характеристика метода, индикаторы, определение железа(II), роль серной и фосфорной кислот при титровании.

Иодометрия: общая характеристика метода, приготовление растворов первичных и вторичных стандартов, индикатор, стандартизация раствора тиосульфата натрия, определение меди(II). Броматометрия: общая характеристика метода, первичные стандарты, индикаторы. Определение фенолов.

Сущность гравиметрического анализа, преимущества и недостатки метода. Прямые и косвенные методы определения. Требования, предъявляемые к осаждаемой и гравиметрической формам. Основные этапы выполнения определения. Механизм образования осадков. Кристаллические и аморфные осадки. Зависимость структуры осадка от его индивидуальных свойств (растворимость, полярность молекул) и условий осаждения (концентрации реагирующих веществ, рН, солевой состав раствора, температура).

Зависимость формы осадка от скорости образования первичных частиц и их роста. Условия образования кристаллических и аморфных осадков. Гомогенное осаждение. Старение осадка.

Причины загрязнения осадка. Совместное осаждение, последующее осаждение.

Соосаждение: адсорбция, окклюзия, изоморфизм. Положительное и отрицательное значение явления соосаждения в анализе. Важнейшие неорганические и органические осадители.

Изменение состава осадка при высушивании и прокаливании. Вычисления в гравиметрии, гравиметрический фактор. Определение серы, бария, кальция, никеля. Аналитические весы, правила обращения с аналитическими весами.

6. Методы молекулярной оптической спектроскопии Спектр электромагнитного излучения. Основные типы взаимодействия вещества с излучением. Классификация спектроскопических методов: атомная и молекулярная, абсорбционная и эмиссионная. Особенности спектров молекул. Схема электронных уровней молекулы.

Молекулярная абсорбционная спектроскопия. Сущность метода. Основной закон светопоглощения Бугера—Ламберта—Бера. Оптическая плотность и пропускание.

Молярный коэффициент поглощения. Закон аддитивности оптических плотностей. Причины отклонения от основного закона светопоглощения. Изучение оптимальных условий проведения фотометрической реакции. Выбор кювет и раствора сравнения. Метод дифференциальной спектрофотометрии. Основные узлы приборов: источники света, монохроматоры, приемники света, кюветное отделение. Метрологические характеристики и области применения метода.

Молекулярная люминесцентная спектроскопия. Сущность метода. Возникновение люминесценции. Классификация видов люминесценции. Флуоресценция. Фосфоресценция.

Хемилюминесценция. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии Левшина.

Тушение люминесценции. Блок-схема флуориметра. Качественный и количественный анализ.

Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния. Основы методов колебательной спектроскопии. Аналитическая информация.

Спектры атомов. Основное и возбужденное состояние атомов, энергетические переходы, правила отбора. Спектры испускания и поглощения. Вероятности электронных переходов. Характеристики спектральных линий.

Атомно-эмиссионная спектроскопия. Уравнение Ломакина-Шейбе. Блок-схема прибора. Источники возбуждения и атомизации: пламя, дуга, искра, индуктивно-связанная плазма, их характеристики. Спектрограф, спектрометр, стилоскоп. Качественный, количественный и полуколичественный спектральный анализ. Сущность метода эмиссионной фотометрии пламени. Процессы, протекающие в пламени при введении в него раствора. Влияние физических свойств растворов, процессов ионизация, самопоглощения, образования труднолетучих соединений на результаты анализа. Метрологические характеристики и области применения атомно-эмиссионной спектроскопии.

Атомно-абсорбционная спектроскопия. Сущность метода. Основные узлы приборов:

источник излучения (лампа с полым катодом), атомизаторы (пламенный и электротермический), модулятор, монохроматор, приемник. Связь аналитического сигнала с концентрацией. Причины отклонения от основного закона светопоглощения.

Метрологические характеристики и области применения метода.

Классификация электрохимических методов. Электрохимическая ячейка.

Индикаторный электрод и электрод сравнения, предъявляемые к ним требования.

Водородный, хлоридсеребряный и каломельный электроды. Поляризация электродов.

Прямые и косвенные методы.

Потенциометрический метод анализа. Сущность прямой потенциометрии.

Классификация ионселективных электродов. Уравнение Никольского. Основные характеристики ионселективных электродов: электродная функция, потенциометрический коэффициент селективности, время отклика. Метод градуировки электрода, метод градуировочного графика, метод добавок. Конструкция стеклянного и фторид-селективного электродов. Определение рН раствора, концентрации фторид-ионов. Потенциометрическое титрование: схема установки, используемые электроды, типы химических реакций.

Определение конечной точки титрования по интегральной кривой, дифференциальной кривой, кривой второй производной.

Вольтамперометрические методы анализа. Вольтамперная кривая «ток — напряжение». Индикаторные электроды и электроды сравнения. Ртутный капающий электрод. Классическая полярография постоянного тока: схема прибора, предельный ток, диффузионный ток, остаточный ток, уравнение Ильковича, потенциал полуволны.

Полярографические максимумы. Качественный и количественный анализ. Современные разновидности полярографии. Инверсионная вольтамперометрия. Сдвиг рабочей зоны потенциалов на платиновом (графитовом) электродах, преимущества и недостатки твердых микроэлектродов по сравнению с ртутным капающим электродом.

Амперометрическое титрование. Сущность метода. Индикаторные электроды. Виды кривых титрования. Основные типы используемых реакций. Выбор потенциала электрода при титровании.

Кулонометрический метод анализа. Законы Фарадея. Прямая и косвенная кулонометрия. Способы измерения количества электричества. Эффективность тока (выход по току). Получение электрогенерированного титранта. Определение конечной точки титрования. Примеры определений.

Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

Быстрые и медленные реакции. Индуцированные (цепные и сопряженные) реакции. Понятие об акторе, индукторе, акцепторе. Каталитические реакции. Автокаталитические реакции.

Использование некаталитических и каталитических реакций. Индикаторная реакция и индикаторное вещество. Требования, предъявляемые к каталитическим реакциям. Способы определения концентрации: дифференциальный вариант, интегральный вариант; метод тангенсов, метод фиксированного времени, по длительности инкубационного периода.

Преимущества и недостатки кинетических методов анализа.

10. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии Классификация методов концентрирования. Количественные характеристики концентрирования: степень извлечения, коэффициент концентрирования, фактор разделения.

Абсолютное и относительное концентрирования.

Экстракция. Коэффициент распределения, константа распределения, константа экстракции. Кинетика экстракции. Экстракция микроэлементов и экстракция матрицы. Типы экстракционных систем. Реэкстракция.

Сорбция. Механизмы сорбционных взаимодействий: ионный обмен, образование комплексных соединений, молекулярная адсорбция. Коэффициент распределения, объемный коэффициент распределения, коэффициент селективности. Хроматография.

Соосаждение. Зонная плавка.

11. Отбор проб и подготовка пробы к анализу. Анализ объектов Генеральная, лабораторная, средняя (представительная), анализируемая пробы. Отбор проб газов, жидкостей и твердых веществ. Гомогенизация и усреднение пробы. Основные способы разложения: растворение, сплавление, спекание, озоление. Анализ металлов и сплавов. Определение неорганических соединений. его автоматизация, использование ЭВМ.

п/п дисциплины Стандартизация раствора гидроксида натрия по щавелевой кислоте (или Определение соляной кислоты методом кислотно-основного Определение кальция и магния при совместном присутствии методом Стандартизация раствора тиосульфата натрия по дихромату калия Определение кобальта(II) в растворе методом потенциометрического Определение фосфорной кислоты в растворе методом Определение фторида в водах с использованием фторид-селективного Фотометрическое определение железа(III) сульфосалициловой кислотой Фотометрическое определение никеля диметилглиоксимом в Фотометрическое определение хрома дифенилкарбазидом Вычисление окислительно-восстановительных потенциалов и п/п дисциплины Предмет и методы аналитической химии. Качественный и количественный Химическое равновесие. Титриметрические методы анализа: сущность, Кислотно-основное равновесие. Расчет рН в различных системах. Буферные Кислотно-основное титрование. Построение кривых титрования. Кислотноосновные индикаторы. Погрешности титрования. Практическое применение Комплексные соединения и органические реагенты в аналитической химии.

Комплексонометрия. Кривые титрования. Индикаторы. Практическое Равновесие в окислительно-восстановительных реакциях. Расчет окислительно-восстановительных потенциалов. Окислительновосстановительное титрование. Построение кривых титрования. Индикаторы.

Скорость реакций в химическом анализе. Индуцированные сопряженные Равновесие раствор — осадок. Образование и свойства осадков. Загрязнения Классификация погрешностей. Методы оценки правильности.

Спектроскопические методы анализа. Молекулярная абсорбционная спектрометрия (спектрофотометрия) в видимой и УФ-областях Молекулярная люминесценция. Флуоресценция, фосфоресценция и Классификация электрохимических методов анализа. Прямая потенциометрия. Классификация и характеристики ионселективных Классическая полярография. Вольтамперометрия. Инверсионная вольтамперометрия. Амперометрическое титрование. Кулонометрия Атомно-эмиссионная спектрометрия. Эмиссионная фотометрия пламени.

Методы разделения и концентрирования: экстракция, сорбция, соосаждение Методы разделения и концентрирования: хроматография. Пробоподготовка.

3.6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 1. Основы аналитической химии. В 2-х кн. Учебник для вузов./ Под ред. Ю.А. Золотова.

М.: Высшая школа, 2000.

2. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и вопросы по аналитической химии. М.:

Академсервис, 1997.

3. Васильев В.П., Кочергина Л.А., Орлова Т.Д. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач. М.: Дрофа, 2003.

1. Отто М. Современные методы аналитической химии. М.: Техносфера, 2006.

2. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т. / Под ред. Р. Кельнера, Ж.-М.

Мерме, М. Отто, М. Видмера. М.: Мир, 2004.

3. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. М.: Высшая школа, 1989.

3.7. Технические и электронные средства обучения В ходе изучения курса предусмотрено использование компьютера для чтения лекций (презентации в Microsoft PowerPoint) и выполнения расчетно-графических работ.

3.8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Специализированная химическая лаборатория: химические реактивы; лабораторная посуда; электроплитки; дистиллятор. Аналитические приборы: весы технические ВЛКг-М; весы аналитические ВЛР-200; рН-метры рН-340; иономер универсальный ЭВфотометры: КФК-2МП, КФК-3, ФЭК-56, КФО.

3.9. Формы контроля п/п дисциплины Построение кривой окислительно-восстановительного титрования п/п дисциплины Химическое равновесие. Расчет рН. Кислотно-основное титрование.

Расчет окислительно-восстановительных потенциалов. Расчеты в п/п дисциплины Титриметрический метод анализа. Кислотно-основное титрование.

Окислительно-восстановительные реакции. Окислительновосстановительное титрование. Равновесие раствор — осадок.

Гравиметрический метод анализа. Кинетические методы анализа 1. Идеальные и реальные растворы. Теория Дебая-Хюккеля. Ионная сила раствора.

Активность, коэффициент активности. Молярная доля. Константы равновесия:

термодинамическая, реальная, условная; их взаимосвязь.

2. Сущность и классификация титриметрических методов анализа. Основные приемы титрования. Закон эквивалентов. Молярная концентрация эквивалента. Титр. Первичные и вторичные стандартные растворы. Расчеты в титриметрии.

3. Основные концепции кислот и оснований. Теория Бренстеда и Лоури. Константы кислотности и основности. Роль растворителя в протолитических равновесиях.

Классификация растворителей по кислотно-основным свойствам. Нивелирующий и дифференцирующий эффекты. Амфипротные растворители и автопротолиз.

4. Кислотно-основное титрование. Кривые титрования сильных и слабых кислот и оснований. Факторы, влияющие на величину скачка. Титрование многоосновных кислот (многокислотных оснований).

5. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость.

6. Кислотно-основные индикаторы. Ионно-хромофорная теории индикаторов.

Константы ионизации индикаторов, интервал перехода окраски и показатель титрования.

Приготовление бескарбонатной щелочи. Стандартизация растворов NaOH и HCl: уравнения реакций, индикаторы.

7. Определение карбоната и гидроксида натрия при совместном присутствии:

сущность, протекающие реакции, индикаторы, расчетные формулы. Определение карбоната и гидрокарбоната натрия при совместном присутствии: сущность, протекающие реакции, индикаторы, расчетные формулы.

8. Определение соляной и борной кислот при совместном присутствии: сущность метода, протекающие реакции, индикаторы, формулы для расчета. Определение солей аммония: сущность, реакции, индикатор.

9. Комплексные соединения. Ступенчатые и общие константы устойчивости.

Термодинамические, реальные и условные константы устойчивости. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексов. Правило образования циклов Чугаева. Хелаты, хелатный эффект. Внутрикомплексные соединения (примеры).

10. Органические реагенты. Понятие о функционально-аналитических группировках.

Факторы, влияющие на реакционную способность органических реагентов с ионами металлов. Примеры.

11. Комплексоны. Комплексонометрическое титрование: титрант, кривые титрования, факторы, влияющие на величину скачка. Индикаторы, механизм действия индикаторов.

12. Приемы комплексонометрического титрования. Определение кальция и магния:

сущность, реакции, индикаторы, формулы. Определение алюминия, анионов: сущность методов, титранты, индикаторы.

13. Окислительно-восстановительные реакции. Стандартный и формальный потенциалы. Направление реакций окисления-восстановления. Константа равновесия.

Влияние различных факторов на величину потенциала. Кривые окислительновосстановительного титрования, факторы, влияющие на величину скачка. Методы обнаружения конечной точки титрования.

14. Общая характеристика метода перманганатометрии: уравнение реакции, первичные и вторичные стандартные растворы, стандартизация, индикатор, практическое применение. Индуцированные сопряженные реакции: понятие об акторе, индукторе, акцепторе. Автокаталитические реакции. Роль компонентов смеси Рейнгарда—Циммермана.

15. Общая характеристика метода дихроматометрии: уравнение реакции, стандартный раствор, индикатор, практическое применение. Определение железа: уравнение реакции, индикатор, роль серной и фосфорной кислоты.

16. Общая характеристика метода иодометрии: уравнения реакции, первичные и вторичные стандарты, стандартизация, индикатор. Определение меди(II): уравнения реакций, индикатор. Иодиметрия.

17. Равновесие раствор — осадок. Термодинамическое, реальное, условное произведение растворимости, их взаимосвязь. Факторы, влияющие на растворимость. Схема образования осадков. Зависимость формы осадка от его индивидуальных свойств, скорости образования первичных частиц и их роста, условий осаждения. Условия образования аморфных осадков. Условия образования кристаллических осадков. Гомогенное осаждение.

18. Сущность гравиметрического метода анализа, преимущества и недостатки метода.

Прямые и косвенные методы определения. Осаждаемая и гравиметрическая формам.

Основные этапы выполнения гравиметрического определения. Гравиметрический фактор.

Неорганические и органические осадители.

19. Причины загрязнения осадков: совместное осаждение, последующее осаждение, соосаждение. Адсорбция, окклюзия, изоморфизм: сущность,, закономерности, способы уменьшения.

20. Кинетические методы анализа: сущность, классификация, преимущества, недостатки, области применения. Сравнение характеристик каталитических и некаталитических кинетических методов. Способы определения концентрации.

21. Спектрофотометрия: сущность метода, основной закон светопоглощения Бугера— Ламберта—Бера, причины отклонения от него. Основные узлы приборов для спектрофотометрии: источники света, монохроматоры, приемники света, кюветное отделение.

22. Взаимодействие вещества с электромагнитным излучением. Происхождение и особенности атомных и молекулярных спектров. Классификация спектроскопических методов анализа. Метрологические характеристики и области применения метода спектрофотометрии. Метод дифференциальной спектрофотометрии. Способы определения концентрации вещества в растворе: метод градуировочного графика, метод добавок (расчетный и графический), метод ограничивающих растворов.

23. Молекулярная люминесцентная спектроскопия: сущность метода, флуоресценция, фосфоресценция, хемилюминесценция. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии Левшина. Качественный и количественный анализ. Тушение люминесценции.

Аналитические характеристики и области применения метода.

24. Атомно-абсорбционная спектроскопия: сущность метода, связь аналитического сигнала с концентрацией, причины отклонения от основного закона светопоглощения.

Основные узлы прибора: источники излучения, атомизаторы, модулятор. Метрологические характеристики и области применения метода.

25. Сущность метода атомно-эмиссионной спектроскопии. Основные узлы прибора:

источники атомизации и возбуждения (дуга, искра, плазма, пламя). Процессы, протекающие в пламени при введении в него раствора. Уравнение Ломакина-Шайбе. Спектральные и физико-химические помехи.

26. Классификация электрохимических методов. Индикаторные электроды и электроды сравнения. Водородный, хлоридсеребряный и каломельный электроды:

конструкция, реакция, зависимость потенциала. Конструкция стеклянного электрода, измерение рН.

27. Сущность прямой потенциометрии. Классификация ионселективных электродов.

Уравнение Никольского. Основные характеристики ионселективных электродов.

Конструкция фторид-селективного электрода, особенности определения концентрации фторид-ионов. Метод градуировки электрода, метод градуировочного графика, метод добавок.

28. Потенциометрическое титрование: схема установки, используемые электроды, типы химических реакций, достоинства и недостатки. Определение конечной точки титрования по интегральной кривой, дифференциальной кривой, кривой второй производной.

29. Вольтамперометрические методы анализа. Классическая полярография постоянного тока: схема прибора, ртутный капающий электрод, полярограмма и ее характеристики. Уравнение Ильковича. Качественный и количественный анализ.

Преимущества и недостатки твердых электродов по сравнению с ртутным капающим электродом. Инверсионная вольтамперометрия.

30. Кулонометрический метод анализа. Законы Фарадея. Прямая и косвенная кулонометрия. Потенциостатическая и гальваноститическая кулонометрия. Кулонометры.

Получение электрогенерированного титранта. Определение конечной точки титрования.

Примеры определений.

31. Методы разделения и концентрирования: экстракция, сорбция. Основные количественные характеристики и механизмы.

32. Хроматография.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Самостоятельная работа проводится с целью углубления знаний по дисциплине и предусматривает чтение рекомендованной литературы для усвоения теоретического материала, подготовку к семинарам, решение задач из задачников, подготовку к различным формам контроля.

Перед выполнением лабораторной работы дома необходимо оформить лабораторный журнал, в котором кратко записывают суть выполняемой работы и методику выполнения эксперимента, чтобы на занятии представлять ход работы и оптимизировать время ее выполнения. Перед выполнением лабораторной работы студент получает у преподавателя контрольную задачу. После выполнения работы студент проводит в лабораторном журнале необходимые вычисления и сдает преподавателю результат — массу вещества в контрольной задаче в г (с точностью до 0,0001). Работа сдана, если в лабораторном журнале стоит подпись преподавателя и дата сдачи работы.

После семинара необходимо для закрепления алгоритма решения задач решить заданные на дом задачи.

Расчетно-графические работы выполняются по индивидуальным заданиям.

Необходимость применения компьютера или калькулятора определяется студентом.

При подготовке к коллоквиумам студент должен составить краткий конспект ответов на вопросы.

5. МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ КОНТРОЛЕ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Коллоквиум № 1. Химическое равновесие. Кислотно-основное равновесие.

Титриметрический метод анализа. Кислотно-основное титрование. Реакции комплексообразования. Органические реагенты. Комплексонометрическое титрование 1. Идеальные и реальные растворы. Теория Дебая-Хюккеля. Ионная сила раствора.

Активность и концентрация. Коэффициент активности, численные значения, которые он может принимать для электролитов и неэлектролитов.

2. Конкурирующие (побочные) реакции. Общая (аналитическая) и равновесные концентрации. Молярная доля. Константы равновесия: термодинамическая, реальная, условная; их взаимосвязь.

3. Сущность титриметрического метода анализа. Требования к химическим реакциям, применяемым в титриметрии. Классификация титриметрических методов по химическим процессам. Основные приемы титрования.

4. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Скачок титрования. Выбор индикатора. Индикаторные погрешности.

5. Молярная концентрация. Эквивалент, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента, молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация), закон эквивалентов. Титр, титр по определяемому веществу.

6. Первичные и вторичные стандартные растворы, требования, предъявляемые к ним.

7. Расчеты в титриметрии: метод пипетирования и метод отдельных навесок. Привести формулы для расчета результатов во всех приемах титрования.

8. Основные концепции кислот и оснований. Протолитическая теория кислот и оснований: кислота, основание, амфолит. Константы кислотности и основности.

Сопряженная пара 9. Роль растворителя в протолитических равновесиях. Классификация растворителей по кислотно-основным свойствам. Нивелирующий и дифференцирующий эффекты.

Амфипротные растворители и автопротолиз. Константа автопротолиза.

10. Факторы, влияющие на величину скачка в кислотно-основном титровании. На одном рисунке нарисовать кривые титрования а) 0,1 М HCl 0,1 М NaOH, б) 0,05 М HCl 0,1 М NaOH, в) 0,1 М HCl 0,05 М NaOH, г) 0,1 М NaOH 0,1 М HCl.

11. Особенности кривых титрования многоосновных кислот (многокислотных оснований). Нарисовать кривые титрование Na2CO3, щавелевой кислоты Н2С2О4 и Н3РО4. Для каждого случая на кривых отметить точки эквивалентности и указать состав раствора в них.

12. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость.

13. Кислотно-основные индикаторы. Ионно-хромофорная теории индикаторов.

Константы ионизации индикаторов, интервал перехода окраски и показатель титрования. Основные индикаторы: метиловый оранжевый и фенолфталеин.

14. Привести четыре способа приготовление бескарбонатной щелочи. Стандартизация раствора NaOH по HCl и щавелевой кислоте: записать уравнения реакций, указать индикаторы. Почему гидроксид натрия не является первичным стандартом?

15. Приготовление и стандартизация раствора HCl по Na2CO3, Na2B4O7. Записать уравнения реакций, указать индикаторы. Почему соляная кислота не является первичным стандартом?

16. Определение карбоната и гидроксида натрия при совместном присутствии: сущность, протекающие реакции, индикаторы, расчетные формулы.

17. Определение карбоната и гидрокарбоната натрия при совместном присутствии:

сущность, протекающие реакции, индикаторы, расчетные формулы.

18. Определение соляной и борной кислот при совместном присутствии: сущность метода, протекающие реакции, индикаторы, формулы для расчета. Написать реакцию диссоциации борной кислоты. Нарисовать графическую формулу комплекса борной кислоты с глицерином.

19. Описать два способа определение солей аммония: название метода, прием титрования, индикатор. В чем заключается метод определения органического азота по Кьельдалю?

20. Комплексные соединения. Концепция ступенчатости образования и диссоциации комплексов. Ступенчатые и общие константы устойчивости. Термодинамические, реальные и условные константы устойчивости. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексов.

21. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Правило образования циклов Чугаева. Хелаты, хелатный эффект. Внутрикомплексные соединения. Привести пример одного реагента, образующего хелат, и одного реагента, образующего внутрикомплексное соединение.

22. Органические реагенты. Понятие о функционально-аналитических группировках.

Факторы, влияющие на реакционную способность органических реагентов с ионами металлов.

23. Диэтилдитиокарбаминат натрия: строение реагента и комплекса с Cu2+.

24. 8-Оксихинолин: строение реагента и комплекса с Mg2+. Как называется этот комплекс?

25. Диметилглиоксим: строение реагента и комплекса с Ni2+. Как называется этот комплекс?

26. Комплексоны. Свойства этилендиаминтетрауксусной кислоты и ее двунатриевой соли: строение, графическая формула, растворимость в воде, дентатность, состав и типы образующихся комплексов.

27. Металлохромные индикаторы (эриохромовый черный Т, мурексид) и специфические индикаторы, предъявляемые к ним требования, механизм действия.

28. Влияние различных факторов на величину скачка в комплексонометрическом титровании. На одном рисунке нарисовать кривые титрования а) 0,05 М Са 2+ 0,05 М ЭДТА, б) 0,1 М Са2+ 0,05 М ЭДТА, в) Са2+ при рН 6, 8, 10.

29. Факторы, влияющие на величину скачка в комплексонометрическом титровании. На одном рисунке нарисовать кривые титрования а) Fe3+ и Mg2+ при рН 6, б) Са2+ и Ni2+ при рН 10, в) Fe3+ при рН 1, 3, 6.

30. Приемы комплексонометрического титрования. Определение кальция и магния.

31. Приемы комплексонометрического титрования. Определение алюминия, анионов.

Коллоквиум № 2. Окислительно-восстановительные реакции. Окислительновосстановительное титрование. Равновесие осаждения — растворения. Гравиметрический метод анализа 1. Уравнение Нернста. Стандартный и реальный (формальный) потенциалы. Влияние рН на величину потенциала. Что такое смешанный потенциал?

2. Как влияет на величину потенциала образование комплексных соединений и малорастворимых соединений с окисленной и восстановленной формами?

3. Направление реакций окисления-восстановления. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции. Что такое смешанный потенциал?

4. Молярная масса эквивалента в окислительно-восстановительных реакциях. Факторы, влияющие на величину скачка в окислительно-восстановительном титровании.

Методы обнаружения конечной точки в окислительно-восстановительном 5. Общая характеристика метода перманганатометрии: уравнение реакции, первичные и вторичные стандартные растворы, индикатор, практическое применение.

Приготовление и стандартизация раствора перманганата калия. Почему перманганат калия не является первичным стандартом?

6. Определение железа(II) перманганатометрическим титрованием, роль компонентов смеси Рейнгарда—Циммермана.

7. Индуцированные сопряженные реакции: понятие об акторе, индукторе, акцепторе.

Автокаталитические реакции. Рассмотреть в общем виде и на примере перманганатометрического титрования.

8. Общая характеристика метода дихроматометрии: уравнение реакции, стандартный раствор, индикатор, практическое применение.

9. Определение железа методом дихроматометрического титрования: уравнение реакции, индикатор, роль серной и фосфорной кислоты.

10. Общая характеристика метода иодометрии: уравнения реакции, первичные и вторичные стандарты, индикатор. Приготовление и стандартизация раствора тиосульфата натрия. Почему тиосульфат натрия не является первичным стандартом?

11. Определение меди(II) иодометрическим титрованием: уравнения реакций, индикатор.

В чем различие между иодометрией и иодиметрией?

12. Равновесие раствор — осадок. Термодинамическое, реальное, условное произведение растворимости, их взаимосвязь.

13. Факторы, влияющие на растворимость: действие одноименного иона, комплексообразование, рН, природа растворителя, ионная сила раствора, температура.

14. Сущность гравиметрического метода анализа, преимущества и недостатки метода.

Прямые и косвенные методы определения (примеры).

15. Требования, предъявляемые к осаждаемой и гравиметрической формам.

16. Основные этапы выполнения гравиметрического определения.

17. Схема образования осадков. Зависимость формы осадка от его индивидуальных свойств, скорости образования первичных частиц и их роста, условий осаждения.

18. Условия образования аморфных осадков.

19. Условия образования кристаллических осадков.

20. Гомогенное осаждение (метод возникающих реагентов). Примеры.

21. Причины загрязнения осадков: совместное осаждение, последующее осаждение, соосаждение.

22. Соосаждение. Адсорбция, факторы, влияющие на адсорбцию. Правило Панета— Фаянса—Гана. Способы уменьшения адсорбции.

23. Соосаждение. Изоморфизм: сущность, примеры.

24. Соосаждение. Окклюзия, инклюзия: причины, закономерности, способы уменьшения.

25. Старение осадков. Промывание, настаивание, переосаждение осадков. Причины потерь осадка при промывании. Изменение состава осадка при высушивании и прокаливании.

26. Преимущества и недостатки органических осадителей.

27. Вычисления в гравиметрии, гравиметрический фактор.

28. Быстрые и медленные реакции. Сущность кинетических методов анализа.

Классификация кинетических методов анализа, преимущества, недостатки, области 29. Сравнение характеристик каталитических и некаталитических кинетических методов.

30. Индикаторная реакция и индикаторное вещество. Требования, предъявляемые к индикаторной реакции. Способы определения концентрации: дифференциальный вариант, интегральный вариант, метод тангенсов, метод фиксированного времени, по длительности инкубационного периода.

3. Коллоквиум № 3. Инструментальные методы анализа. Методы разделения и концентрирования 1. Спектр электромагнитного излучения. Основные типы взаимодействия вещества с излучением. Классификация спектроскопических методов: атомная и молекулярная, абсорбционная и эмиссионная спектроскопия.

2. Происхождение атомных и молекулярных спектров. Особенности спектров молекул и атомов. Спектральная линия: интенсивность и ширина.

3. Сущность метода спектрофотометрии. Основной закон светопоглощения Бугера— Ламберта—Бера. Закон аддитивности оптических плотностей.

4. Причины отклонения от основного закона светопоглощения: истинные и кажущиеся (инструментальные и физико-химические).

5. Величины, характеризующие поглощение: оптическая плотность, пропускание, молярный коэффициент поглощения.

6. Изучение оптимальных условий проведения фотометрической реакции. Выбор кювет и раствора сравнения.

7. Основные узлы приборов для спектрофотометрии: источники света, монохроматоры, приемники света, кюветное отделение.

8. Метрологические характеристики и области применения метода спектрофотометрии.

Метод дифференциальной спектрофотометрии.

9. Молекулярная люминесцентная спектроскопия. Сущность метода. Схема электронных переходов в молекуле, объясняющая явление люминесценции.

Флуоресценция. Фосфоресценция. Хемилюминесценция.

10. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии Левшина.

11. Блок-схема флуориметра. Качественный и количественный анализ. Квантовый выход.

Тушение люминесценции. Аналитические характеристики метода. Области 12. Сущность, метрологические характеристики и области применения метода атомноабсорбционной спектроскопии.

13. Сущность метода атомно-абсорбционной спектроскопии. Принципиальная схема прибора. Лампа с полым катодом. Модулятор.

14. Связь аналитического сигнала с концентрацией в методе атомно-абсорбционной спектроскопии. Причины отклонения от основного закона светопоглощения в атомноабсорбционной спектроскопии.

15. Сущность метода атомно-абсорбционной спектроскопии. Принципиальная схема прибора. Атомизаторы (пламенный и электротермический), их преимущества и 16. Сущность метода атомно-эмиссионной спектроскопии. Блок-схема прибора.

Источники атомизации и возбуждения: дуга, искра, плазма.

17. Определение щелочных и щелочноземельных элементов методом эмиссионной фотометрии пламени. Спектральные и физико-химические помехи.

18. Характеристики пламени как источника возбуждения и атомизации. Процессы, протекающие в пламени при введении в него раствора.

19. Уравнение Ломакина-Шайбе. Связь аналитического сигнала с концентрацией в методе эмиссионной фотометрии пламени.

20. Сущность и основные характеристики метода эмиссионной фотометрии пламени.

Принципиальная схема прибора.

21. Способы определения концентрации вещества в растворе: метод градуировочного графика, метод добавок (расчетный и графический), метод ограничивающих растворов.

22. Классификация электрохимических методов по измеряемому параметру и способу выполнения. Электрохимическая ячейка.

23. Индикаторные электроды и электроды сравнения, требования к ним. Водородный, хлоридсеребряный и каломельный электроды: конструкция, химическая реакция, зависимость потенциала.

24. Сущность прямой потенциометрии. Классификация ионселективных электродов.

Уравнение Никольского.

25. Основные характеристики ионселективных электродов: электродная функция, потенциометрический коэффициент селективности, время отклика.

26. Конструкция фторид-селективного электрода, особенности определения концентрации фторид-ионов. Метод градуировки электрода, метод градуировочного графика, метод добавок.

27. Конструкция стеклянного электрода, измерение рН. Метод градуировки электрода, метод градуировочного графика, метод добавок.

28. Потенциометрическое титрование: схема установки, используемые электроды, типы химических реакций, достоинства и недостатки. Определение конечной точки титрования по интегральной кривой, дифференциальной кривой, кривой второй производной.

29. Вольтамперометрические методы анализа. Поляризация электродов. Индикаторные электроды и электроды сравнения. Вольтамперные кривые. Условия проведения анализа.

30. Вольтамперометрические методы анализа. Применение твердых электродов. Сдвиг рабочей зоны потенциалов на платиновом (графитовом) электродах, преимущества и недостатки твердых микроэлектродов по сравнению с ртутным капающим электродом.

31. Классическая полярография постоянного тока: схема прибора, ртутный капающий электрод, полярограмма, предельный ток, диффузионный ток, остаточный ток, потенциал выделения, потенциал полуволны.

32. Уравнение Ильковича. Потенциал полуволны. Полярографические максимумы.

Качественный и количественный анализ. Полярографический спектр.

33. Инверсионная вольтамперометрия.

34. Амперометрическое титрование: сущность метода, индикаторные электроды. Виды кривых титрования. Основные типы используемых реакций. Выбор потенциала электрода при титровании.

35. Кулонометрический метод анализа. Законы Фарадея. Прямая и косвенная кулонометрия. Потенциостатическая и гальваноститическая кулонометрия.

Кулонометры.

36. Преимущества метода кулонометрическрого титрования по сравнению с другими титриметрическими методами. Получение электрогенерированного титранта.

Определение конечной точки титрования. Примеры определений.

37. Классификация методов концентрирования. Количественные характеристики концентрирования: степень извлечения, коэффициент концентрирования, фактор разделения. Абсолютное и относительное концентрирования.

38. Экстракция. Коэффициент распределения, константа распределения, константа экстракции. Кинетика экстракции. Экстракция микроэлементов и экстракция матрицы. Типы экстракционных систем. Реэкстракция.

39. Сорбция. Механизмы сорбционных взаимодействий: ионный обмен, образование комплексных соединений, молекулярная адсорбция. Коэффициент распределения, объемный коэффициент распределения, коэффициент селективности.

40. Соосаждение, зонная плавка: сущность методов, области применения.

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ

Применяемые методы преподавания включают лекции с использованием презентаций, индивидуальные и групповые задания при проведении семинарских занятий и лабораторных работ. Преподавание дисциплины основано на активном участии студентов в учебном процессе.

Перед выполнением лабораторной работы проводится вводная беседа, в ходе которой демонстрируются основные приемы выполнения отдельных операций, кратко объясняется сущность выполняемой работы, особенности ее проведения, а также порядок работы на приборах. Перед выполнением лабораторной работы преподаватель проверяет у студента лабораторный журнал, в котором должна быть записана методика выполнения работы.

Конечным результатом выполнения каждой лабораторной работы является анализ контрольной задачи, содержащей точно известное количество вещества (или двух веществ).

После проведения лабораторной работы преподаватель проверяет полученные результаты и выставляет оценку в зависимости от правильности определения массы вещества в контрольной задаче. Если полученный результат отличается от истинного значения на 2 мг, то за лабораторную работу студент получает оценку 5, на 4 мг — 4, на 7 мг — 3, на мг — 2, на 10 мг — 1. Для получения отличной оценки по иодометрическому определению меди результат должен отличаться менее чем на 1 мг (в четвертом знаке после запятой);

остальные оценки также смещаются на одну позицию. Если студент пожелает переделать работу для получения лучшей оценки, то ему предоставляется такая возможность (в дополнительное время по согласованию с лаборантом).

Пропущенные лабораторные работы отрабатываются студентом в дополнительное время, согласованное с преподавателем и лаборантом.

Содержание практических занятий определяется календарным планом, составленным лектором на основе рабочей программы и утвержденным заведующим кафедрой и проректором по учебной работе.

Для промежуточного контроля знаний студентов преподаватель проводит контрольные работы по решению задач и коллоквиумы по теоретическому материалу и лабораторным работам. Расчетно-графические работы сдаются в виде таблицы, содержащей формулы и результаты расчетов, и графика, построенного либо на миллиметровке, либо с использованием компьютера (по желанию студента).

Зачет выставляется по результатам выполнения всех видов работ, входящих в учебный план. Для отстающих студентов проводятся дополнительные аудиторные занятия по написанию контрольных работ и сдачи коллоквиумов.

Рейтинговая оценка знаний студентов проводится по следующим позициям:

окислительновосстановительного * Оценка выставляется с коэффициентом при несвоевременном выполнении заданий, предусмотренных календарным планом, без уважительной причины.

** Количество баллов пропорционально числу посещенных лекций.

Для получения зачета по аналитической химии необходимо выполнить все задания, предусмотренные календарным планом, и набрать не менее 75 баллов (50 %).

Оценки, полученные на коллоквиуме и на экзамене, переводятся в баллы:

Оценка студента в зачетную книжку зависит от суммарного числа балов, полученных на экзамене и за работу в семестре: