哈工大水分析化学教学资料

水分析化学-哈尔滨工业大学属部门哈尔滨工业大学课程名称水分析化学课程层次本科专业分类体系所属一级学科名称工学所属二级学科名称土建类课程负责人黄君礼水分析化学教学设计1、课程名称：（中文）水分析化学（英文）WaterAnalyticChemistry2、课程定位：给水排水工程专业的专业技术基础课，是专业指导委员会指定的十门骨干课程之一，全国统编教材的主编单位和教学基本要求起草单位。本课程在第二学年的第二期开设，教学时数60学时，其中课堂教学40学时，实践教学20学时。在学习本课程前要求学生具有较好的普通化学、有机化学和物理化学基础，通过本课程的学习使学生系统地掌握水质指标分析中的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练解决给水排水工程研究中的水质分析问题。重点强化学生的实验组织和动手能力。为后续水质工程学等课程的学习奠定扎实的水质分析的科学基础。3、课程的主要内容和特色本课程主要内容包括：水质指标体系的建立及在工程研究中的应用，水样的保存及预处理技术，标准溶液的获得，碱度的测定原理及应用，硬度的测定原理及应用，重量分析及氯离子的测定，有机污染物综合指标的测定方法及应用，吸收光谱法原理及应用，电化学分析原理及应用，原子吸收分光光度法原理及应用，气相色谱原理及应用。本课程的特色是建立在传统分析化学基础之上，以水质指标体系为讲授脉络，突出水质指标的工程应用地位，由水质分析技术引出相关的理论内容，最终实践教学效果的“纲举目张”。4、教学设计及教学安排第一次课：上好本课程第一节十分重要。讲清本课程的性质、讲授内容、基本要求及教学定位。请同学们观看水质分析技术发展的多媒体素材。接下来要系统讲授水质指标体系的建立，分类及相关标准。以色度、浊度、总残渣的分析方法为主介绍目视比色法和重量分析的初步知识，其它水质指标讲解概念。第二次课：水质分析方法的选择及评价，重点讲解加标回收率和相对标准偏差在水质分析方法评价中的应用。略讲准确度和精密度之关系。介绍水样的取、存原则及水样预处理方法。作业是查找一篇具有加标回收率和CV内容的分析方法文章。第三次：物质量浓度，基准物质，标准溶液获得，如何标定，浓度的其它表示方法，滴定度Ts/x。基准物质标准溶液非基准物质溶液标准溶液准确称量粗称标定介绍酸、碱概念，重点是共轭酸碱对概念的建立，酸碱强度的表征方法，Ka·Kb=Kw，pKa+pKb=pKw=14。作业是推导HB/B-之间的Ka与Kb之关系。第四次课：区分效应和拉平效应，缓冲溶液理论，酸碱指示剂：pH=pK1±1，重点讲解水中碱度的来源及组成，介绍连续滴定法测定水中碱度。要求学生熟练应用下面图示。作业：教材P79，6-9第五次课：复习配位化学的基础知识，引入乙二胺四乙酸（EDTA），讲授其化学结构，配位特征。介绍影响络合平衡的主要因素，以酸效应为主，讲主体反应、副反应，重点讲解酸效应系数与lgK稳及lgK不稳之间的关系，Fe3+，Al3+，Ca2+，Mg2+被准确滴定的最低pH值，金属指示剂介绍及作用原理。第六次课：重点讲解金属指示剂封闭现象、僵化现象产生的原因，解决措施。介绍三种常用掩敝剂三乙醇胺，NH4F和KCN，EDTA的配制与标定，总硬度的测定原理，暂时硬度与永久硬度之间关系，水垢的形成及去除方法。作用：教材P121，5-8第七次课：沉淀理论，影响沉淀形成的主要因素分析，介绍同离子效应，举CaCO3+Na2CO3作例子，盐效应讲解时复习一下离子强度概念。酸效应和络合剂效应略讲。以水中SO42-测定为例讲授重量分析原理。讲清分步沉淀原理，讨论莫尔法测定水中Cl-时需要注意的几个问题。其它教材上内容要求学生自行阅读。作业：教材P138，2-5第八次课：氧化还原反应特征，影响氧化还原反应速度的因素，判断氧化还原反应完全程度，氧化还原指示剂（自身，专用和试亚铁灵），对比讲解PI和COD，如下图。有机污染物综合指标高锰酸盐指数（PI）化学需氧量（COD）（给水、污染轻）（排水，污染重）80℃-90℃100℃回流氧化能力弱（中间产物）氧化能力强（无中间态）催化剂沉淀掩敝（Cl-）Ag2SO4HgSO4（络合掩敝Cl-）第九次课：碘量法原理、溶解氧、BOD520讲概念，测定方法自学或开放实验时选做。余氯和ClO2测定过程中的对比分析，设计一个O3测定的装置并开展课堂讨论。溴酸钾法测苯酚，介绍水中甲醇和硫化物的分析方法。作业：教材P192-193，2-12第十次课：本次课设计为大综合，包括作业问题讲解，习题演算，思考题问答，授课形式以课堂讨论为主。进实验室前的集中讲授实验目的、意义和基本要求。拟定的实验题目有：（1）碱度的测定；（2）硬度的测定；（3）Cl-的测定；（4）高锰酸盐指数或COD测定；（5）溶解氧测定（对比碘P酚酞碱度pH=8.3MpH=4.8甲基橙碱度T（甲基橙碱度）=P（酚酞碱度）+M量法和溶解氧仪）；（6）BOD520测定；（7）浊度和色度的测定；（8）总残渣，可滤残渣，不可滤残渣的测定；（9）硫酸根含量测定，可选择厌氧废水进行实际水样测定；（10）松花江水和生活污水大综合试验。第十一次课：介绍电化学分析的基本内容，方式和方法。重点讲授指示电极和参比电极，略讲电极种类，详讲pH值的测定原理及应用，pH计的使用，扩展内容ORP测定。电位滴定的用途，终点突跃的几种表示方法。电导部分要求学生自学。实验内容：pH值的测定，熟悉复合电极的使用及保养。作业：教材P256，1第十二次课：吸收光谱产生原理，介绍一些分子轨道理论，电子跃迁方式及判断方法。朗伯-比尔定律是本章的重点内容。对吸收光谱中涉及到的基本概念要用图文并茂的方式交代清楚。第十三次课：讲授显色反应及影响因素。重点讲授721或752分光光度计的使用及操作要领。介绍铁、挥发酚及氨氮的测定方法。实验内容：铁吸收光谱手绘和仪器自动绘制的对比，铁、挥发酚及氨氮的测定。作业：教材P233，1-10第十四次课：色谱产生，历史，用途。色谱的分离原理。色谱的分类。本章以气相色谱应用为重点。讲授气相色谱的基本概念。讲清楚色谱流出曲线，以色谱流出曲线为例，讲授所涉及到的基本概念。交待一下气相色谱仪的组成。第十五次课：重点讲授色谱柱分类制备方法及选择，突出柱效率相关内容。以ECD，TCD，FID和FPD四种检测器为例讲授它使用原理，要求学生能正确选用检测器，区分质量型和浓度型检测器。介绍气相色谱的定性方法。第十六次课：继续讲解GC的定量方法，引入质谱。讲授MS的初步知识，介绍饮用水水样进行GC/MS分析时水样预处理方法。第十七次课：本次课重点是原子吸收分光光度基本原理，AAS基本组成，结构简图，阴极射线灯、原子化器等基本概念。难点是对共振吸收和共振发射的理解以及锐线光源特谱线的选择。第十八次课：重点讲授AAS的定性，定量方法。难点是干扰的消除技术，介绍水质指标中重金属离子的分析方法。第十九次课：介绍水质分析技术发展的最新进展。重点内容包括：LC和IC技术在水质分析中的应用。以讨论形式研讨分析检测技术的自动化问题。第二十次课：总复习。先复习仪器分析部分内容，然后对实践教学中出现的问题集中讲解。对课后思考题和作业进行评述。安排期末考核和答疑时间。5、考核方式及成绩评定本课程采取百分制。闭卷笔试。题型设计为：基本概念（10分），填空（10分），论述题（20分），试验设计题（20分），计算题（40分）。分数核定为：作业（10%），实践教学（20%），期末卷面（70%）。原则上实践教学不合格者，不允许参加期末考试。6、教材及参考书教材：黄君礼编著，水分析化学（2）。中国建筑工业出版社。教参：薛华等，分析化学。清华大学出版社。《水分析化学》教学基本要求一、课程性质与任务水分析化学是研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门学科。水分析化学是给水排水专业的重要专业技术基础课、必修课。主要培养学生的水质工程分析技能，为专业课的学习打下坚实的基础。二、基本要求水分析化学是研究水中杂质及其变化规律的重要方法。通过水分析化学的学习，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法和氧化还原滴定法）和主要的仪器分析法（吸收光谱法、色谱法以及原子吸收法等）的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念和基本技能，掌握水质分析的基本操作，注意培养学生严谨的科学态度，树立准确“量”的理念，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。三、其它课程的联系与分工根据给水排水专业培养计划的要求，水分析化学授课建议安排在普通化学、有机化学和物理化学课程结束之后，一般宜安排在第二学年的第四学期。在学习水分析化学之前，要求学生必须具有扎实的化学基础理论和基本技能。水分析化学服务于本专业的后续专业课学习，是学好给水排水设计、水处理工艺、水环境评价、废水综合处理工艺等课程的基本保证，正确的分析结果是工程正确与否的主要评价标准。四、总学时授课时数：40实践环节教学（实验）时数：20总学时：60五、基本内容、学时分配及重点、难点序号授课内容及重点、难点学时分配1第一章绪论（1）水分析化学的任务与分类2重点：化学分析与仪器分析的主要方法2（2）水质指标与水质标准1.5重点：水质物理指标和化学指标、微生物指标（3）水样的保存和预处理、取样与分析方法的选择0.53（4）分析方法的评价1重点：精确度与精密度的定义、二者关系加标回收率实验设计（5）标准溶液与物质的量浓度1重点：量浓度与基本单元4第二章酸碱滴定法（1）酸碱质子理论1.5（2）酸碱指示剂0.5重点：指示剂的变色范围5（3）酸减滴定曲线和指示剂选择1.5（4）酸度（概述）0.56（5）碱度1.0重点：连续滴定法测碱度与计算第三章络合滴定法（1）概述1.0（2）EDTA重点：EDTA金属络合物的结构特征、稳定性7（3）pH对络合滴定的影响1.0重点：酸效应、条件稳定常数与酸效应曲线（4）金属指示剂1.0重点：金属指示剂的作用原理金属指示剂僵化作用与封闭作用铬黑T与钙指示剂8（5）提高络合滴定选择性0.5（6）络合滴定的方式与应用1.5重点：硬度的测定与计算9第四章沉淀滴定法2.0（1）沉淀溶解平衡与影响因素（2）沉淀滴定法的应用重点：莫尔法原理与滴定条件10第五章氧化还原滴定法（1）氧化还原反应的特点0.5（2）提高氧化还原反应速度的方法0.5（3）氧化还原平衡与电极电位的应用1.011（4）氧化还原指示剂2.0（5）高锰酸钾法（6）重铬酸钾法重点：高锰酸盐指数与COD的测定、计算12（7）碘量法1.5重点：碘量法的指示剂与终点余氯、溶解氧的测定与计算（8）溴酸钾法0.5（9）有机污染物综合指标重点：高锰酸盐指数、COD、BOD5、TOC、TOD的定义及在水质监测中的作用13第一章～第五章阶段复习（1）重点内容概述1.0（2）习题讲解1.014第六章吸收光谱法（1）吸收光谱2.0重点：朗伯比尔定律、吸收光谱曲线（2）显色反应与影响因素15（3）比色分析方法与仪器1.0重点：分光光度计的工作原理与使用方法（4）天然水中铁的测定1.0（5）吸收光谱法的定量方法重点：标准曲线法16第七章电化学分析法（1）电位分析法1.5重点：指示电极、参比电极、PH测定（2）电导分析法0.517第八章大型仪器分析技术（1）色谱产生0.5（2）色谱构成与分类（3）色谱分离原理0.5（4）气相色谱1a.结构b.色谱术语重点：色谱分离原理、色谱结构、色谱柱的分类与制备、检测器分类18（4）气相色谱2c.定性与定量方法d.GC用于水质分析重点：气象色谱水质分析水样预处理19（5）色质联机的原理与结构2（6）液相色谱的特点与结构（7）离子色谱工作原理与水中无机离子测定20（8）原子吸收光谱法1.5重点：工作原理、组成仪器分析部分0.5六、实践性环节实验课程共20学时，其中18学时学生操作实验，2学时演示实验，实验授课按小班进行，每班少于36个，2人一组进行实验。序号实验题目学时1标准溶液的配制及标定12碱度（酸碱滴定法）13硬度（络合滴定法）24氯化物（沉淀滴定法）25高锰酸盐指数26COD（重铬酸钾法）27溶解氧