Основы химического анализа

Скачать 343.91 Kb. Название Основы химического анализа страница 1/3 Дата 16.03.2016 Размер 343.91 Kb. Тип Программа курса

Основы химического анализа В современном обществе все более актуальной становится проблема создания условий для успешного профессионального самоопределения выпускников средних общеобразовательных учебных заведений. Ее важнейший аспект - организация сопровождения профессионального самоопределения обучающихся с учетом их способностей и интересов, а также потребности общества. В связи с этим особую важность приобретают задачи предпрофильной подготовки 9-классников - как комплексной их подготовки к жизненно важному выбору. Уже в 9-ом классе основной школы ребенок должен будет получить информацию о возможных путях продолжения образования, причем совершенно конкретно, в отношении территориально доступных ему образовательных учреждений, оценить свои силы и принять ответственное решение. Проблема выбора профиля является непростым испытанием, как для учащихся, так и для их родителей. Многим впервые в жизни предстоит совершить столь серьезный шаг, от которого во многом будет зависеть дальнейшая судьба старшеклассников, в частности - мера их подготовленности к успешной сдаче единых государственных экзаменов и перспективы на продолжение образования после школы. Программа курса «Основы химического анализа» вносит свой вклад для успешной реализации задач профильного обучения в области естественных наук. Важным является установление сложных связей, которые существуют в системе «природа – общество – человек» и поиск путей решения всех жизненно важных задач, уменьшения негативных последствий воздействия антропогенных факторов на окружающую среду, а также системное изучение химических процессов, происходящих в природе и быту. Аналитическая химия занимает особое место в системе естественных наук. С ее помощью ученые накапливают и проверяют научные факты, устанавливают новые правила и законы. На результатах тщательного количественного анализа различных веществ строится огромное здание современной химии. Химический анализ необходим для успешного развития таких наук, как биохимия растений и животных, химия космоса, геохимия, минералогия. Не- прерывно возрастает роль аналитической химии при изучении природных источников сырья, в полевых условиях в практике гидрогеологических исследований. Трудно переоценить значение методов аналитической химии для контроля и совершенствования промышленного производства, в частности, работы технологических линий, качества выпускаемой продукции в атомной, химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Аналитическая химия решает поставленные перед ней задачи с помощью химических, физико-химических и физических методов анализа. Главная цель данного курса – удовлетворение познавательного интереса и углубление химико-экологической подготовки обучающихся основной школы, создание условий для осознанного выбора девятиклассниками профиля дальнейшего обучения, их первичного профессионального самоопределения. Задачи курса: Образовательные Способствовать формированию теоретических u практических знаний о методах анализа (химических, физико-химических и физических). Углубить, систематизировать и закрепить знания обучающихся о строении и общих свойствах неорганических веществ. Раскрыть причины и основные источники загрязнения окружающей среды химическими соединениями, а также последствия воздействия этих соединений на биологические системы. Развивающие Способствовать формированию мышления на основе описания, анализа, сравнения, объяснения химических процессов, обобщения сведений. Развивать любознательность, наблюдательность, пытливость ума, исследовательские умения при выполнении лабораторных и практических работ, устной и письменной речи. Развивать учебно-коммуникативные умения и навыки. Воспитательные Формировать дисциплинированность, исполнительность, аккуратность в работе. Воспитывать чувство товарищества, коллективизма. На изучение курса отводится 18 часов. Занятия проводятся один раз в неделю по 2 часа. Курс рассчитан на обучающихся 9-х классов, углубленно изучающих не только химию, но и биологию. Значительное место в настоящем курсе уделяется реализации межпредметных связей. Программой предусмотрено изучение, как теоретических вопросов, так и проведение лабораторно-практических занятий, практикумов по решению задач. Требования к знаниям и умениям обучающихся После изучения данного курса по выбору обучающиеся должны знать: свойства растворов, теорию электролитической диссоциации, свойства ионов и их влияние на организм человека, химическое равновесие, гидролиз солей, методы качественного и количественного анализа; химические процессы, происходящие в воздухе, почве и воде. Уметь: проводить качественные реакции на катионы (I – VI аналитических групп) и анионы (I – III аналитических групп). при определении катионов и анионов использовать методы количественного анализа (титриметрические и гравиметрические) писать качественные реакции в молекулярном и ионном виде; решать расчетные задачи на определение pH и pOH, вести расчеты в титриметрическом анализе; работать в группе; определять цель, выделять объект исследования, способы регистрации полученной информации и ее обработки; писать рефераты, придерживаясь определенной структуры; разрабатывать мультимедийные презентации работать с дополнительной литературой и Интернет-ресурсами Формы контроля. Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам выполнения практических заданий на занятиях, решении упражнений. Формы подведения итогов. Заключительное занятие проходит в виде конференции. Каждый участник заранее готовит выступление, сопровождаемое мультимедийной презентацией по теме, которую определил педагог (в приложении). Тематический план курса по выбору для 9 класса «Основы химического анализа» № Тема Количество часов Предмет, содержание и задачи аналитической химии. Химические, химико-физические и физические методы анализа. Обнаружение ионов капельным методом 2 Аппаратура и посуда. Техника выполнения отдельных операций. Нагревание и выпаривание, осаждение, промывание и растворение осадков 2 Растворы. Равновесие в водных растворах 1 Гидролиз солей 2 Классификация катионов и анионов 2 Катионы первой и второй аналитических групп 1 Катионы третьей и четвертой аналитических групп 1 Катионы пятой и шестой аналитических групп 1 Анионы первой аналитической группы 1 Анионы второй и третьей аналитических групп 1 Гравиметрический анализ 1 Титрометрический анализ. Метод нейтрализации 1 Подведение итогов. Конференция 2 итого 18 Содержание 1. Введение (2 ч.) Предмет, содержание и задачи аналитической химии. Химические, физико-химические и физические методы анализа. Связь аналитической химии с другими науками: биохимией, биологией, физикой, экологией, географией. Обнаружение ионов капельным методом. 2. Аппаратура и техника лабораторных работ (2 ч.) Аппаратура и посуда. Техника выполнения отдельных операций. Реактивы. Организация рабочего места учащегося мытье и сушка посуды. Оказание первой помощи при несчастных случаях в лаборатории. 3. Теоретические основы химического анализа (3 ч.) Свойства воды как растворителя. Процесс растворения. Растворимость, состояние ионов в водных растворах. Химическое равновесие ионов, произведение воды. Кислотно-основное равновесие в водных растворах. Кислотно-основные индикаторы. Гидролиз солей. 4. Классификация ионов (2 ч.) Качественный анализ. Дробный и систематический анализ. Сероводородный метод классификации катионов. Кислотно-щелочной метод классификации катионов. Ионные уравнения. Классификация анионов, основанная на различной растворимости солей бария и серебра. Отношение некоторых анионов к действию окислителей и восстановителей. 5. Обнаружение катионов (3 ч.) Кислотно-щелочной метод качественного анализа. Катионы первой аналитической группы [Ag+ и Pb2+]. Катионы второй аналитической группы[Ca2+ и Ba2+]. Катионы третьей аналитической группы [Al3+, Cr3+, Zn2+]. Катионы четвертой аналитической группы [Fe3+, Fe2+, Mn2+ и Mg2+]. Катионы пятой аналитической группы [Cu2+, Ni2+ и Co2+]. Катионы шестой аналитической группы [Na+, K+ и NH4+]. Предварительные испытания. 6. Обнаружение анионов (2 ч.) Первая аналитическая группа анионов [SО42-, SО32-, CO32-, PO43-, SiO32-] Вторая аналитическая группа анионов [Cl-, Br-, I-, S2-] Третья аналитическая группа анионов [NO3-, NO2-, CH3COO-] 7. Количественный анализ (2 ч.) Количественный анализ. Гравиметрический анализ. Знакомство с аналитическими весами и правилами взвешивания. Классификация титриметрических методов анализа. Аппаратура и техника выполнения титриметрического анализа. Расчеты в титриметрическом анализе. Метод нейтрализации. 8. Итоговое занятие (2 ч.) Подготовить презентацию по выбранной теме: История развития аналитической химии Аппаратура и посуда в аналитической химии Операции в аналитической химии Растворы Гравиметрический анализ Титрометрический анализ Список литературы Артеменко А.И. Справочное руководство по химии./А.И.Артеменко – М.: Высшая школа, 2003 – 321с. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. Учебник для общеобразовательных уч- реждений. – 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2003 – 224 с. Алтухов К.В. Химическая технология: Учеб.пособие для студентов хим.и биол.спец. пед.ин-тов – М.: Просвещение, 1985 Шапиро С.А., Шапиро М.А. Аналитическая химия. Учебник для учащихся техникумов. – М.: Высш.школа, 1979 Шапиро С.А., Шапиро М.А. Аналитическая химия. Учебник для учащихся техникумов. – М.: Высш.школа, 1971 Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. В 2 кн. – М.: Высш.шк., 1999 Пономарев В.Д. Аналитическая химия (в двух частях). Учебник для фармац. и фак.мед.ин-тов. – М.: Высш.школа, 1982 Алексеева Г. М. Анализ анионов: Методические указания к выполнению лабораторных работ. — СПб.: Изд-во СПХФА, 2002. — 32 с. Качественный химический анализ катионов: методические указания к выполнению лабораторных работ / Сост. К.И.Яковлев, Л.Б.Сельдерханова, Е.С.Дмитриева – СПб. : Изд-во СПХФА, 2009 – 84 с. Занятие 1 Предмет, содержание и задачи аналитической химии. Химические, химико-физические и физические методы анализа. Обнаружение ионов капельным методом (2 часа) ЛЕКЦИЯ К ЗАНЯТИЮ Аналитическая химия - наука о методах исследования состава веществ. Она устанавливает, какие химические элементы, в какой форме и в каком количестве содержатся в изучаемом объекте. В соответствии с этими задачами в аналитической химии выделяют два больших раздела: качественный анализ и количественный анализ. Сначала устанавливают качественный состав вещества, а затем уже определяют точное содержание элементов теми или другими методами. В тех случаях, когда состав анализируемого материала приблизительно известен, сразу приступают к количественным измерениям. Аналитическая химия занимает особое место в системе естественных наук. С ее помощью ученые накапливают и проверяют научные факты, устанавливают новые правила и законы. Аналитические исследования являются тем фундаментом, на котором строится здание современной химии. Химический анализ необходим для успешного развития таких наук, как биохимия растений и животных, химия космоса, геохимия, минералогия. С помощью методов аналитической химии было доказано, что Земля, Луна, Солнце и другие небесные тела состоят из одних и тех же химических элементов. Это свидетельствует о единстве Вселенной. Велика роль аналитической химии в изучении природных источников сырья. Без установления точного содержания ценных компонентов и вредных примесей в руде невозможно правильно оценить значение нового месторождения. При современных темпах исследования земной коры определение состава минералов, руд и горных пород проводят непосредственно на местах. Для этой цели сконструированы специальные походные лаборатории. Химический анализ в полевых условиях широко применяется в практике гидрологических исследований. Трудно переоценить значение методов аналитической химии для контроля и совершенствования промышленного производства. Химики-аналитики непрерывно следят за работой технологических линий и качеством выпускаемой продукции в атомной, химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Хорошо налаженный аналитический контроль способствует росту новых производств и совершенствованию старых. Существует и обратная связь: аналитическая химия не только влияет на правильную организацию технологических процессов, но и развивается сама, и направления этого развития зависят от тех конкретных задач, которые ставятся перед ней всем многообразием жизни. Современная техника предъявляет исключительно высокие требования к чистоте некоторых материалов. Например, атомный реактор может успешно работать только в том случае, если содержание наиболее вредных примесей (бор, кадмий, гадолиний, самарий и др.) в ядерном топливе и в конструкционных материалах отдельных деталей не превышает миллионных долей процента. Чистый цирконий является одним из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов. Однако даже небольшая примесь гафния делает его непригодным для этой цели. Содержание серы и фосфора во многих марках чугуна и стали, а также содержание свинца, висмута и некоторых других элементов в электролитической меди не должно превышать тысячных долей процента. Примеси посторонних веществ резко снижают жаропрочность сплавов и приводят к ухудшению их механических свойств при относительно невысоких температурах. Получение металлов с минимальным содержанием вредных примесей обеспечивается непрерывным контролем за ходом плавки с применением быстрых и точных методов анализа. В настоящее время на основе полупроводниковых материалов разработаны различные конструкции усилителей и выпрямителей; открылась возможность преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Диоды и триоды, созданные на основе полупроводников, практически вытеснили дорогие и громоздкие электровакуумные лампы. Однако ценные свойства полупроводников проявляются только в том случае, если они хорошо очищены от посторонних веществ. Например, примесь фосфора, мышьяка и сурьмы к германию допускается в количестве не более 1 атома (!) примеси на 10 миллионов атомов германия. Исследование металлов высокой чистоты позволило установить, что многие из них, ранее считавшиеся хрупкими, оказались после освобождения от большинства примесей высокопластичными. Алюминий высокой степени чистоты является, например, таким же мягким, как свинец, а из хорошо очищенного титана в настоящее время изготавливают листы, куют и штампуют различные детали. Работы в области получения сверхчистых веществ приводят к интересным научным и практическим результатам. Химические, физико-химические и физические методы анализа Аналитическая химия решает поставленные перед ней задачи с помощью химических, физико-химических и физических методов. Физические методы анализа основаны на изучении тепловых, электромагнитных, ядерных или оптических свойств исследуемого объекта. Из числа этих методов наибольшее распространение получили: радиометрический анализ, связанный с измерением скорости распада неустойчивых (радиоактивных) атомных ядер; активационный анализ, основанный на возникновении искусственной радиоактивности при облучении исследуемого вещества потоком нейтронов, протонов или других микрочастиц; спектральный анализ, в основе которого лежит измерение светового излучения возбужденных атомов элемента; люминесцентный анализ, при котором наблюдают люминесценцию вещества под действием ультрафиолетовых лучей. Физические методы анализа позволяют определять состав исследуемого объекта, не прибегая к химическим реакциям. Большинство этих методов отличается высокой чувствительностью и быстротой выполнения, но для их осуществления требуется наличие сложной аппаратуры. Химические методы анализа связаны с превращением исследуемого вещества в другое соединение, обладающее такими свойствами, с помощью которых можно установить образование этого соединения или измерить его количество. Химический процесс, проводимый с целью получения нового соединения, называется аналитической реакцией, а вещество, вызывающее аналитическую реакцию, - реагентом. Очевидно, что способ измерения количества образующегося соединения всегда является физическим. Например, в основе гравиметрического метода анализа лежит определение массы вещества взвешиванием. При титриметрических методах измеряют объемы растворов. Физико-химические методы анализа занимают промежуточное положение между химическими и физическими методами. Они основаны на физико-химических изменениях, происходящих в результате контролируемой аналитической реакции. Такими изменениями могут, например, быть: появление окраски, помутнение раствора, резкое возрастание его электрической проводимости. Точные измерения проводят только в том случае, если между количеством вещества и измеряемым физико-химическим свойством существует определенная функциональная зависимость, выражаемая математической формулой или графически. Физико- химические и физические методы анализа имеют много общего, поэтому их часто объединяют под общим названием «инструментальные методы».