环境分析化学《课程教学大纲》

《环境分析化学》课程教学大纲课程编号：20211006总学时数：64总学分数：4课程性质：学科基础课适用专业：环境工程、环境科学、给水排水一、课程的任务和基本要求：环境分析化学是环境工程专业、环境科学专业和给水排水专业的一门学科基础课。它的任务是使学生掌握分析化学的基础理论和基本的实验操作技能以及其在环境监测等方面的应用，为将来从事环境工程、给水排水及环境科学方面的相关研究打下一定的基础。通过本课程的学习，要求学生掌握分析化学的基本理论和方法。通过实验进一步地巩固学到的理论知识和掌握基本的操作技能。了解有关仪器分析方法的基本原理、仪器的主要构造和作用并基本掌握仪器的操作使用方法。学习和掌握主要的环境污染物质的测定方法的基本原理。能够对实际样品进行准确的测定，为工作后从事环境工程和环境科学等方面的工作打下基础。二、基本内容和要求：第一章绪论1-1.分析化学的任务和作用介绍分析化学在环境监测和环境科学中的作用。1-2.分析方法的分类与分析化学的进展概略地介绍分析方法的分类（化学分析法和仪器分析法）,了解分析化学的发展趋势和发展方向。第二章误差及分析数据的统计处理2-1.定量分析中的误差通过误差的讨论，使学生了解表示误差和减免误差的方法，掌握准确度和精密度的概念及其在分析结果中的表示方法。2-2.分析结果的数据处理理解正确处理分析数据的重要意义；掌握平均偏差、标准偏差的定义和计算方法；了解置信度和置信区间的含义；理解可疑数据取舍的意义，掌握用Ｑ检验法进行可疑数据取舍的方法。2-3.有效数字及其运算规则要求学生了解有效数字的意义,掌握有效数字的正确表达方法及有效数字的运算规则。第三章滴定分析3-1.滴定分析概述介绍滴定分析法的定义和滴定分析中常用的几个术语。3-2.滴定分析法的分类与滴定反应的条件简要介绍滴定分析法的分类和四种滴定分析方法依据的原理,重点介绍直接滴定法中滴定反应应具备的条件,举例介绍间接滴定法及其应用。3-3.标准溶液介绍标准溶液的两种配制方法、基准物质应满足的条件。3-4.标准溶液浓度表示法理解量浓度的含义及表示方法;了解滴定度的概念及其使用的优点。3-5.滴定分析结果的计算熟练掌握滴定剂与被测物之间物质的量的关系,掌握被测物浓度及百分含量的表达方法。第四章酸碱滴定法4-1.酸碱平衡的理论基础用酸碱质子理论阐述酸、碱和两性物质的新含义，指出酸碱反应的实质是质子的转移（得失）过程。并将此理论贯穿在以后的内容。掌握酸碱离解平衡及平衡常数的表达方法,掌握共轭酸碱对中酸碱离解常数的换算。4-2.不同pH值溶液中酸碱存在形式的分布情况——分布曲线理解酸或碱在pH不同的溶液中的存在形式是不同的,掌握分布系数的概念及分布系数的计算。4-3.酸碱溶液pH值的计算理解质子条件的含义,能够熟练写出各种体系的质子条件,并根据质子条件推导各种体系pH的计算公式,要求学生了解公式的推导过程,掌握不同体系中pH值的计算公式及简化计算的条件。了解缓冲溶液的作用原理及pH的计算。4-4.酸碱滴定终点的指示方法应使学生了解酸碱指示剂的作用原理和混合指示剂的优点及酸碱滴定曲线和指示剂的选择。4-5．一元酸碱的滴定及多元酸、混合酸和多元碱的滴定通过三种类型滴定曲线的讨论，使学生了解酸碱滴定的基本原理，掌握化学计量点和突跃范围的重要性，巩固pH值的计算以及指示剂的选择原则。同时应明确指出使用最简公式的前提。让学生掌握指示剂法对弱酸或弱碱准确滴定和多元酸碱滴定中分部滴定的条件。4-6.酸碱标准溶液的配制和标定介绍常用的酸碱标准溶液的配制方法和标定方法4-7.酸碱滴定在环境监测中的应用介绍废水酸度以及碱度的概念，要求学生掌握其测定方法和有关计算。第五章配位滴定法5-1.概述简单介绍配合物的概念、配合物的稳定性及稳定常数、形成配合物的次序及其配合物的置换关系。说明为什么一般的无机配合剂不能用于配合滴定。5-2.EDTA及其金属离子配合物的稳定性介绍EDTA与金属离子的螯合物的特点及其稳定性。5-3.外界条件对EDTA与金属离子配合物稳定性的影响重点讲解EDTA的酸效应、一般介绍金属离子的配合效应及配合物的副反应对配和物稳定性的影响，使学生主要掌握酸效应系数、条件稳定常数的意义，能正确判断配合反应完全程度和配合滴定中不同金属离子所允许的最低pH值和酸度控制方法。5-4.滴定曲线通过简单的具体的计算讲解配合滴定过程中金属离子浓度的变化情况。要求学生掌握影响滴定突跃大小的因素及判断能否准确滴定所要求的条件。5-5.金属指示剂及指示剂的选择讲解金属离子指示剂及其作用原理和条件。简单介绍几种常用的金属离子指示剂。5-6.混合离子的分别滴定介绍混合离子分别滴定常用的几种方法及其原理。5-7.配合滴定的方式和应用介绍提高配合滴定选择性的方法和滴定方式。讲解水的硬度到定义及EDTA滴定法测定硬度的条件和注意事项。第六章氧化还原滴定法6-1.氧化还原反应平衡在回顾标准电极电位的基础上，介绍条件电极电位及其影响因素以及条件电极电位在实际应用中的重要性。6-2.氧化还原反应进行的程度讲解如何根据氧化还原反应的半反应的电极电位判断反应方向、次序、完成程度和如何选择适当的氧化剂和还原剂。6-3.氧化还原反应的速度及其影响因素通过反应速度和影响因素的讨论，使学生了解氧化还原反应的复杂性及氧化还原滴定中控制滴定条件的重要性。6-4.氧化还原滴定曲线及终点的确定重点讲解氧化还原滴定曲线，要求学生掌握等当点电位的计算和滴定突跃范围的影响因素，巩固电极电位的计算，并讨论氧化还原指示剂的作用原理。6-5.高锰酸钾法及应用介绍KMnO4的性质及其氧化性与溶液酸度的关系，KMnO4标准溶液的配制及标定方法、以及KMnO4滴定中的注意事项，要求学生掌握环境分析中KMnO4指数的意义及KMnO4滴定法测定KMnO4指数的原理和实验操作方法。6-6.重铬酸钾法及应用介绍K2Cr2O7的氧化性与K2Cr2O7标准溶液的配制，要求学生重点掌握环境分析中COD的意义及K2Cr2O7法测定COD的原理和实验操作方法。6-7.碘量法及其应用介绍碘量法(包括直接碘量法和间接碘量法)的原理和滴定的注意事项;介绍硫代硫酸钠和碘标准溶液的配制及标定方法。要求学生掌握水中DO,BOD5的意义和测定方法的原理和实验操作方法。6-8.氧化还原滴定结果的计算通过例题讲解氧化还原滴定中的有关计算。第七章沉淀滴定法7-1．概述介绍沉淀滴定法对沉淀反应的要求及沉淀滴定法在环境分析中的应用。7-2．影响沉淀完全的因素和沉淀的转化简单讲解影响沉淀溶解度的因素,通过溶度积原理的讲解,使学生了解分步沉淀和沉淀的转化的条件及在沉淀滴定中的应用。7-3．银量法滴定终点的确定重点讲解沉淀滴定法中最重要的银量法滴定终点的确定，使学生掌握摩尔法和佛尔哈德法测定水中Cl-等离子的原理和条件。一般介绍法扬司法。第八章电位分析法8-1.概述简要介绍电化学分析法的原理和分类,根据Nernst方程介绍电位分析法的原理及在环境分析化学中的应用。8-2.参比电极介绍甘汞电极和银－氯化银电极作为参比电极的原理。8-3.指示电极介绍指示电极的分类，重点讲解离子选择性电极（玻璃电极和氟化镧单晶膜电极）的膜电位、选择性、种类和性能。8-4.电位测定法通过讲解玻璃电极法测定pH值,使学生掌握直接电位法的测定原理及电池电动势于被测离子浓度的关系;以氟离子选择性电极为例介绍离子活度的测定方法。要求学生通过实验掌握电位分析法测定溶液的pH值及水中F-浓度的测定方法。8-5.电位滴定法一般介绍电位滴定法的原理和应用。8-6电位分析法计算示例第九章吸光光度法9-1.吸光光度法基本原理讲解物质对光的选择性吸收的原理及吸收曲线，要求学生掌握朗伯－比耳定率的数学表达式、摩尔吸收系数的物理意义及其影响因素，介绍偏离比耳定律的原因及避免偏离的方法。9-2.光度计及其基本部件介绍吸光光度法所用仪器的基本构造，要求学生了解分光光度计各部分的作用和工作原理，了解目视比色法和分光光度法各自的优缺点。9-3.显色反应及显色条件的选择介绍光度分析中对显色反应的要求,讨论影响显色反应的因素及显色条件选择的重要性,简要介绍几类常用的显色剂。9-4.吸光度测量条件的选择介绍吸光度测量条件的选择，要求学生掌握入射光波长、参比溶液及吸光度读数范围的选择原则。9-5.分光光度法在环境分析中的应用结合光度法在分析化学中的应用实例，重点介绍水样中正磷酸盐、酚、亚硝酸根等的光度测定方法。第十章原子吸收光谱法10-1.概述介绍原子吸收光谱法的概况及方法的特点10-2.原子吸收光谱法基本原理介绍原子吸收光谱法的概况，让学生了解该法的特点，与分光光度法的异同点。要求学生掌握共振线与吸收线、谱线轮廓与谱线宽度、积分吸收与峰值吸收等概念以及原子吸收定量基础。了解致使谱线变宽的几个因素。10-3.原子吸收分光光度计介绍原子吸收分光光度计的结构和各部分的作用原理，主要介绍火焰原子化装置，一般介绍电热原子化和氢化物原子化装置。10-4.定量分析方法介绍工作曲线法、标准加入法和浓度直读法。重点要求学生掌握标准加入法的特点和使用的注意事项。10-5.原子吸收光谱法中的干扰及其消除简要介绍原子吸收光谱中的光谱干扰、背景干扰、化学干扰等主要干扰因素及其消除的方法。10-6.原子吸收光谱法在环境分析中的应用结合原子吸收法测定环境样品中的重金属元素的实验，介绍该方法在环境分析中的重要性。10-7．原子发射光谱法简介第十一章气相色谱分析法11-1.概述概略地介绍色谱法的起源、原理和分类。具体介绍气相色谱法的特点和分析流程，要求学生了解气相色谱分析的基本原理和仪器的基本构造。11-2.固定相介绍气固色谱和气液色谱的固定相，了解气相色谱中对担体和固定液的要求和选择的原则。11-3.气相色谱分析理论基础：塔板理论和速率理论重点讲解塔板理论和速率理论，比较两个理论的优缺点。要求学生掌握塔板数、塔板高度的关系及有关计算，能用速率理论解释影响柱效能的因素，掌握色谱的有关术语机概念。11-4.气相色谱分离操作条件的选择依据速率理论讲解色谱分离操作条件的选择。11-5.气相色谱检测器介绍几种常用的色谱检测器，重点介绍氢火焰离子化检测器的构造、检测原理和操作条件的选择。11-6.气相色谱定性鉴定方法简单介绍色谱定性的基本原理和几种常用的方法。11-7.气相色谱定量测定方法介绍色谱定量的基本依据、准确测量峰面积的方法以及定量校正因子的测量和计算方法。重点讲解定量方法中的归一化法和内标法的原理和定量计算方法。11-8.气相色谱分析在环境分析中的应用以苯系物的分离测定为例，介绍气相色谱分析法在测定有机污染物中的作用。11-9．高效液相色谱分析法简介简要介绍高效液相色谱分析法的分类及特点三、实践环节和要求：1．实验目的：环境分析化学是一门实践性较强的课程，实验课是其中的一个重要环节。本课程实验的目的是使学生掌握化学分析法的基本操作技能，加深了解有关仪器分析方法的基本原理、仪器的主要构造和作用，并掌握仪器的操作使用方法。学习和掌握主要的污染物的测定方法和基本原理，为以后从事环境科学等方面的工作打下一定的基础，同时培养学生良好的实验习惯和严谨细致、实是求是的科学作风。2．实验要求：良好实验习惯的培养，基本操作技能的训练，都是通过实验可来完成的。基本理论知识和基本分析方法的学习，也都是通过实验来加以巩固的。因此，实验课中自始至终应对学生严格要求。实验前要求学生预习，熟悉实验的原理和操作步骤。对实验中的一些基本操作（如容量器皿的洗涤、操作方法、滴定操作方法等）教师要首先进行示范，然后要求学生安规范操作。对操作水平不合标准者应及时纠正。每个实验都要求学生的分析结果达到一定的精密度和准确度，达不到者要求重做。各项基本操作的训练和巩固，要有计划地安排在各次实验中，并定期检查学生是否已经掌握。要求学生具有能够正确地处理分析数据、表达分析结果并写出实验报告的能力。3．实验内容:[实验一]酸碱标准溶液的配制和标定及水的酸度的测定目的：练习滴定操作，掌握碱式滴定管的操作方法；练习酸、碱标准溶液的配制和标定方法；熟悉酚酞和甲基橙指示剂的使用和终点的变化。初步掌握酸碱指示剂的选择方法；学习用酸碱滴定法测定水和废水的酸度和碱度。要求：初步掌握碱式滴定管、移液管的洗涤方法、使用方法及操作要领；学会近终点时，加入一滴、半滴滴定剂的操作技术；能准确判断滴定终点。内容：用邻苯二甲酸氢钾标定0.1mol/L的NaOH溶液；配制0.1mol/L的HCl溶液500ml；用已标定好的0.1mol/L的NaOH溶液进行标定。分组人数：1人/组[实验二]配合滴定法测定水的硬度目的：了解水的硬度的测定意义和常用的硬度的表示方法；了解硬度的计算公式的来源；掌握EDTA络和滴定法测定水的硬度的原理和方法；掌握铬黑T和钙指示剂的应用，了解金属指示剂的特点。要求：掌握容量瓶的使用方法；了解测定硬度的条件、干扰及其消除方法、分析结果的计算方法；掌握好近终点的滴定以及终点时颜色的变化。内容：用容量瓶准确地将0.1000mol/LZn2+标准溶液稀释成0.01000mol/LZn2+的溶液；将0.1mol/LEDTA溶液稀释成0.01mol/LEDTA的溶液；用0.01000mol/LZn2+的溶液标定0.01mol/LEDTA的溶液。（至少两次）；用已标定好的0.01mol/LEDTA的溶液滴定水的硬度。分组人数：1人/组[实验三]高锰酸盐指数的测定目的：了解高锰酸盐指数的含义；掌握氧化还原滴定法测定高锰酸盐指数的原理及方法。要求：掌握高锰酸钾标准溶液的配制方法和标定方法以及用草酸钠标定高锰酸钾溶液的条件及有关注意事项；进一步练习用容量瓶准确稀释标准溶液的方法及移液管的使用方法及操作要领；掌握高锰酸盐指数的计算方法。内容：用容量瓶将0.1000mol/L草酸钠标准溶液和0.1mol/L的高锰酸钾各稀释10倍；测定水样。分组人数：1人/组[实验四]化学需氧量的测定目的：了解化学需氧量的定义；掌握重铬酸钾法测定COD的原理和方法。要求：严格按照操作规范要求控制实验条件；安全要求。内容：硫酸亚铁铵的标定；COD测定。分组人数：3人/组[实验五].溶解氧的测定目的：掌握碘量法测定水中溶解氧的原理和方法。要求：要求学生掌握虹吸法移取水样的目的和操作方法；掌握碘量法滴定中的注意事项；学会使用淀粉指示剂时指示剂的加入时间和终点的判断。内容：硫代硫酸钠的稀释；水样的移取和处理；溶液氧的测定。分组人数：1人/组[实验六]磷钼酸铵光度法测定水样中的磷酸根目的：掌握分光光度法测定磷酸盐的原理和方法；了解分光光度计的构造、学会721分光光度计的使用。要求：要求学生了解磷钼酸铵光度法测定磷时影响显色反应的主要因素和显色条件；掌握721分光光度计的操作。内容：样品和标准系列的配制和显色；显色后溶液的吸光度的测定；绘制工作曲线，计算结果。分组人数：3人/组[实验七]原子吸收分光光度法测定水中的铜目的：掌握原子吸收分光光度法的基本原理；了解原子吸收分光光度计的主要结构，学习其操作及分析方法；掌握原子吸收分光光度法测定金属的方法。要求：掌握原子吸收分光光度计的基本操作方法；学会选择仪器的基本操作条件。内容：标准系列和样品溶液的配制；仪器操作条件的选择；测定及结果的计算。分组人数：3人/组四、教学时数分配：理论：44实验：20上机：无其它：无教学内容学时分配教学内容学时分配第一章1第十章5第二章3第十一章5第三章2实验一3第四