Программа курса "Основы химического анализа"
методическая разработка по химии (10 класс) на тему

Программа

«Основы химического анализа»

Автор: Горячевская Татьяна Витальевна

Пояснительная записка

      Программа предназначена для учащихся 10-11 классов, рассчитана на 68 часов.

     Цель программы заключается в расширении и углублении химических знаний, в получении учащимися исследовательских навыков и умений, развития у них интереса к научно-исследовательской деятельности. Курс способствует более углубленному познанию некоторых основных химических понятий на материале аналитической химии, а также формирует у учащихся умение организовать свой учебный труд: пользоваться учебником, справочной литературой, реактивами, химическим оборудованием. Программа курса предусматривает: лекционное изложение материала, семинарские занятия, демонстрацию, лабораторные и практические занятия.

     В задачи курса входит:

I. Формирование у учащихся представления об основах аналитической химии, ее роли в системе естественных наук.

II.Формирование учебных умений, необходимых для приобретения и совершенствования знаний, а также для самообразования.

      Особенностью содержания предлагаемого курса химии является значительное усиление прикладной, практической направленности, имеющей большее значение для профориентации учащихся, а именно: воспитание осознанной потребности в труде, совершенствование трудовых умений и навыков; подготовка к сознательному выбору профессии в соответствии с личными способностями.

     В содержание курса включены 4 раздела, составляющие основу аналитической химии:

I раздел. Вводный (теоретические основы);

II раздел. Качественный анализ;

III раздел. Количественный анализ;

IV раздел. Технический анализ.

Особенности разделов курса «Основы химического анализа»

      I раздел: Теоретические основы.

      Данный раздел включает в себя фундаментальные знания, которые на протяжении всего курса углубляются и закрепляются на конкретных примерах; в теоретической части особое внимание должно быть уделено представлению о законе действия масс и его приложение к гомогенным и гетерогенным системам.

     В этом разделе для успешного освоения последующего содержания программы необходимо закрепить и углубить представления учащихся по теме «Вода. Растворы»: ввести понятия – константа диссоциации воды, ионное произведение воды, водородный показатель, дисперсные системы, буферные растворы; по теме «Гидролиз» - константа гидролиза, химизм реакции гидролиза некоторых солей многоосновных кислот; по теме «Комплексные соединения» - состав и строение комплексных соединений, прочность комплексных ионов и разрушение комплексов, влияние концентрации раствора на комплексообразования.

      II раздел: Качественный анализ.

      В разделе «Качественный анализ» осуществляется знакомство с техникой лабораторных работ, то есть с практической частью качественного анализа, который включает:

а) анализ катионов;

б) анализ анионов;

в) анализ катионов и анионов.

      Учащимся необходимо овладеть методикой качественного анализа. Особенностью данного раздела является получение учащимися навыков и умений в исследовательской деятельности.

     III раздел: Количественный анализ.

     В данном разделе дается представление о наиболее важных химических, физико-химических и физических методах количественного анализа (изучается весовой или гравиметрический, объемный или титриметрический методы анализа), сущность которых раскрывается через практические занятия.

      IV раздел: Технический анализ.

      Данный заключительный раздел программы имеет большую политехническую, практическую и прикладную направленность. Учащиеся, используя знаний и умения по разделам качественного и количественного анализов, должны самостоятельно определить жесткость воды, рассчитывать кислотность молока и хлеба, проводить анализы нефти и нефтепродуктов, анализ топлива.

Требования к результатам усвоения учебного материала по разделам

I. Теоретические основы.

В результате изучения данного раздела учащиеся должны знать:

- понятия: раствор, классификация растворов, дисперсные системы, буферные растворы, концентрации; гидролиз растворов солей; комплексные соединения;

уметь:

- проводить расчеты с использованием понятия «концентрация растворов» (нормальную молярную, процентную);

- готовить растворы различной концентрации;

- объяснять и применять для решения расчетных задач понятия: концентрация, сущность реакции гидролиза, комплексные соединения.

II. Качественный анализ.

В результате изучения данного раздела учащиеся должны знать:

- классификацию катионов и анионов;

- качественные реакции на катионы и анионы;

уметь:

- определять катионы и анионы в растворах;

- описывать наблюдения;

- проводить опыты по анализу и исследованию состава соединений;

III. Количественный анализ.

По окончанию изучения этого раздела учащиеся должны знать:

- важнейшие химические, физико-химические, физические методы количественного анализа; титр, титрование;

уметь:

- готовить рабочие растворы;

- определять кислотность, нормальность растворов;

- выполнять операции весового (гравиметрического) анализа (выбор величины навески, растворение, осаждение, фильтрование, высушивание);

- выполнять операции объемного (титриметрического) анализа;

- объяснять и применять при решении экспериментальных и расчетных задач понятия: концентрация, титр, титрование, зависимость нормальности раствора от объема;

- производить расчеты по формулам и химическим реакциям.

IV. Технический анализ.

     В результате изучения этого раздела учащиеся должны знать:

- сущность понятия «Технический анализ» и его функции;

уметь:

- выполнять требования инструкций по техническому анализу;

- анализировать и делать выводы по результатам определенного технического анализа (определение жесткости воды, определение кислотности молока и хлеба, анализ нефти и нефтепродуктов).

Учебный план

Содержание курса

Раздел I. Теоретические основы химического анализа

(18 часов + 1 резерв)

Тема 1. Введение (1 час.)

      Основные правила техники безопасности. Оборудование химической лаборатории. Правила работы в химической лаборатории. Требования к выполнению лабораторных работ.

       Практическая работа. Техника выполнения лабораторных работ (нагревание и выпаривание; осаждение, промывание и растворение осадков; фильтрование; капельные реакции; микрокристаллоскопические реакции).

Тема 2. Закон действия масс (2 час.).

       Закон действия масс. Формулировка, сущность, приложение закона действия масс к гомогенным и гетерогенным системам.

       Решение задач.

Тема 3. Вода. Растворы (8 час.).

      Вода – растворитель. Основные положения теории электролитической диссоциации. Свойства растворов. Растворимость. Ионное произведение воды в водородный показатель. Произведение растворимости. Концентрация. Способы выражения концентрации. Гидролиз. Решение задач.

      Практическая работа:

1. Приготовление растворов различной концентрации (2ч).

2. Определение реакции среды при растворении различных солей в воде (1ч).

Тема 4. Буферные растворы (1 час.).

      Буферные системы. Определение, свойства, примеры буферных растворов, применяемых в анализе. Значение буферных растворов.

Решение задач.

Тема 5. Комплексные соединения (3 час.).

        Комплексные соединения: состав, строение, свойства, получение и применение.

        Практическая работа. Получение и свойства комплексных солей.

Тема 6. Дисперсные системы (2 час.).

        Колоидное состояние вещества. Классификация дисперсных систем, коллоидные системы: лиофобные и лиофильные. Образование коллоидных систем: коагуляция и пептизация.

Тема 7. Семинар на тему: «Теоретические основы химического анализа».

Примерные вопросы к семинару:

1. Техника выполнения лабораторных работ в химическом анализе, ее особенности, характеристика.

2. Закон действия масс как основа качественного анализа.

3. Ионное произведение воды и водородный показатель.

4. Основные положения теории электролитической диссоциации.

5. Растворимость и произведение растворимости.

6. Концентрация и способы выражения концентрации.

7. Гидролиз.

8. Буферные растворы, примеры.

9. Комплексные соединения, их состав и свойства.

10. Дисперсные системы, их образование и свойства.

11. решение задач по темам: «Закон действия масс», «Ионное произведение воды и водородный показатель», «Растворимость и произведение  растворимости», «Концентрация и способы выражения концентрации».

Раздел II. Качественный анализ (20 час.)

Тема 1. Введение (2 час.).

     Предмет и методы качественного анализа. Характеристика аналитических реакций (анализ мокрым и сухим путем). Классификация ионов, катионов и анионов. Чувствительность аналитических реакций. Основные условия обнаружения ионов в растворе.

Тема 2. Классификация катионов и их обнаружение (10 час).

      Аналитические группы катионов, их частные обнаружения (кислотно-щелочной метод качественного анализа).

       Практическая работа:

1. Реакции и ход анализа катионов первой аналитической группы – K+, Na+,  

      NH4+.

2. Реакции и ход анализа катионов второй аналитической группы -  Ag+, Pb2+.

3. Реакции и ход анализа катионов третьей аналитической группы – Ca2+, Ba2+,  

     Sr2+.

4. Реакции и ход анализа катионов четвертой аналитической группы – Al3+, Cr3+,

     Zn2+, Sn2+.

5. Реакции и ход анализа катионов пятой аналитической группы – Fe3+, Fe2+,

     Mn2+, Mg2+.

6. Реакции и ход анализа катионов шестой аналитической группы – Cu2+, Ni2+,

    Co2+.

7. Анализ растворов, содержащих смесь катионов всех аналитических групп.

8. Решение экспериментальной задачи: «Обнаружение катионов в неизвестном веществе».

Тема 3. Классификация анионов и их обнаружение (8 час.).

    Аналитические  группы анионов, их частные обнаружения. Групповые реагенты.

     Практическая работа:  

1. Реакции и ход анализа анионов I аналитической группы – SO42-, SO32-, S2O32-,

    CO32-, PO43-, PO43-, CrO42-, B4O72-

2. Реакция и ход анализа анионов II аналитической группы – Cl-, Br-, I-, S2-

3. Реакция и ход анализа анионов III аналитической группы – NO3, CH3COO-,

    MnO4-

4.  Анализ смеси анионов разных аналитических групп.

5. Решение экспериментальной задачи: «Анализ анионов в неизвестном  

    веществе».

6. Решение экспериментальных задач: «Анализ твердого вещества», «Анализ вещества, растворимого в воде».

Раздел III. Количественный анализ

Тема 1. Введение (2 час.).

       Предмет, задачи и методы количественного анализа: химические, физические, физико-химические методы анализа, их краткая характеристика и применение. Концентрирование вещества.

Тема 2. Гравиметрический анализ (весовой) (5 час.).

      Сущность гравиметрического анализа. Осаждение. Кристаллизация. Факторы, влияющие на форму и структуру осадка. Фильтрование и промывание. Высушивание и прокаливание. Аналитические весы, отбор средней пробы и взятие навески. Вычисления в гравиметрическом анализе.

     Практическая работа:

     1. Установление формул  кристаллогидратов.

     2. Количественное определение кристаллизационной воды в медном купоросе.

     3. Определение молекулярного веса углекислого газа.

Тема 3. Титриметрический анализ (объемный) (6 час.).

      Сущность и особенности титриметрического анализа. Методы титриметрического анализа: нейтрализации, окисления – восстановления, комплексообразования. Выражение концентрации растворов в титриметрическом анализе. Приготовление исходных и рабочих титрованных растворов, Вычисления в титриметрическом анализе.

     Практическая работа:

1. Приготовление растворов  различной концентрации;

2. Определение концентрации кислоты.

3. Определение концентрации щелочи.

Экскурсия в аналитическую лабораторию.

Раздел IV. Технический анализ (9час.)

Тема 1. Введение (3 час.).

    Роль и значение технического анализа в аналитической химии.

    Экскурсии в аналитические лаборатории на производстве (местные возможности: ТЭЦ, очистные сооружения, предприятие пищевой промышленности, аптека, др.).

Тема 2. Технический анализ (6 час.).

     Технический анализ, его сущность, особенности, значение.

     Практическая работа:

1. Определение жесткости воды.

2. Анализ пищевых продуктов (определение кислотности молока, хлеба).

3. Анализ топлива.

4. Анализ нефти и нефтепродуктов (качественное определение воды в нефти и нефтепродуктах).

     Зачет. Защита исследовательских работ.

Примерные темы исследовательских работ:

1. Анализ почвы на содержание катионов и анионов.

2. Анализ образцов минеральной воды на содержание катионов и анионов.

3. Анализ продуктов.

4. Анализ образцов топлива, масел.

5. Анализ строительных смесей.

6. Анализ косметических средств.

7. Анализ предметов бытовой химии.

8. Анализ клеев.

9. Анализ воздуха в школьном здании.

10. Анализ родниковой воды (вода из водоема).

11. Анализ минеральных удобрений.

12. Анализ жирности молочных продуктов.

Литература

1. Астафуров В.И. Основы химического анализа. – М.: Просвещение, 1977.

2. Афанасьев М.А., Агаханянц В.А., Королев Д.П., Тулякова Г.М.,  

    Количественные опыты по химии. Пособие для учителей. – М.: Просвещение,

    1964.

3. Дорофеев А.И., Федотова М.И. Практикум по неорганической химии. –

   Ленинград: Химия, 1990.

4. Дудина Н.Х., Панова Е.А., Петухов М.П. Агрохимия и система удобрений

    /Дудина Н.Х., Панова Е.А., Петухов М.П. – М.: Агропромиздат, 1991.

5. Журин А.А. Лабораторные опыты и практические работы по химии. – М.:

    Аквариум, 1997.

6. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии.

    – М.: Высшая школа, 1998.

7. Курихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. – М.: Высшая

    Школа, 1998.

8. Лисичкин Г.В., Бетанели В.И. Химики изобретают. – М: Просвещение, 1990.

9. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С., Аналитическая химия. Уч.

    пособие для студ. хим.-биол. и био-хим. спец. пед. ин-тов. – М.:  Просвещение,

    1975.

10. Оборудование химических лабораторий: Справочник. – Л.: Химия, 1978.

11. Эммануэль Н.М., Заиков Г.Е. Химия и пища. – М.: Наука, 1986.

12. Факультативные занятия по химии в средней школе /Под ред. Д.А. Эпштейна.

    – М.: Просвещение, 1971.