教学计划
水分析化学
| 开课单位 | 土木与水利工程学院 | 课程类型 | 专业选修课程 | ||||||||
| 课程名称 | 水分析化学 | 课程代码 | 0730072B | ||||||||
| 开课学期 | 4 | 学时/学分 | 36/3 | ||||||||
| 选课对象 | 给排水科学与工程专业 | ||||||||||
| 先修课程 | 工科化学、有机化学、物理化学、水处理生物学 | ||||||||||
| 课程教材 | 黄君礼：水分析化学（第三版）.中国建筑工业出版社，2010. | ||||||||||
| 参考书目和资料 | 武汉大学：分析化学.高等教育出版社(第四版)，2007. | ||||||||||
| 课程简介： 本课程的主要内容包括：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，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。本课程建立在传统分析化学基础之上，以水质指标为讲授脉络，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。 | |||||||||||
| 课程目标 | 对应的专业培养目标 | ||||||||||
| (CO1) 通过水分析化学学习，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）和主要仪器分析法（如吸收光谱法、气相色谱法、原子吸收光谱法等）的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念和基本技能 | （LO3）本专业所必需的自然科学和技术科学理论基础和前沿知识 （LO5）本专业所必需的生产、设计、研究与开发等技能以及工程实践与管理能力 （LO7）独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的能力及开拓创新的精神 | ||||||||||
| (CO2) 掌握水质分析的基本操作，并能熟练解决给水排水工程研究中的水质分析问题 | |||||||||||
| (CO3) 注重培养学生严谨的科学态度，培养独立分析问题和解决实际问题的能力 | |||||||||||
| 教学方式 | ¢ PM1.讲授法教学 | 36学时 75% | □PM2.研讨式学习 | 学时 % | |||||||
| □PM3.案例教学 | 学时 % | □PM4.网络教学 | 学时 % | ||||||||
| □PM5.扮演教学 | 学时 % | □PM6.体验学习 | 学时 % | ||||||||
| □PM7.服务学习 | 学时 % | □PM8.自主学习 | 学时 % | ||||||||
| ¢PM9实际操作 | 12学时 25% | | | ||||||||
| 评估方式 | ¢EM1.课堂测试 | 5% | □EM 2.期中考试 | % | ¢EM3.期末考试 | 70% | |||||
| ¢EM4.作业撰写 | 5% | ¢EM5. 实验报告 | 10% | □EM6.期末报告 | % | ||||||
| □EM7.课堂演讲 | % | □EM8.论文撰述 | % | ¢EM9.出勤率 | 10% | ||||||
| □EM10.口试 | % | □EM11.设计报告 | % | | | ||||||
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课程教材
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教学内容及要求
第一单元 概论
教学要求：理解水质分析的“眼睛”和“哨兵”作用，了解水质分析的一般过程；掌握水质指标体系组成及常用的水质指标的分类及应用；掌握常规有机物综合指标的概念和内涵；熟悉色度、浊度、悬浮物的测定方法；了解植物性营养指标的种类和卫生学指标的种类；了解水质标准体系的构成及有关水质标准；水样的取样原则和保存方法；容量分析法的基本概念、要求和应用；用于容量分析的化学反应所应具备的条件；精确度与精密度的定义、二者关系;如何提高分析方法的准确度和精密度；
教学重点：介绍水质指标、标准溶液和物质的量浓度等基本概论和基础知识
教学难点：有机物水质指标的表示方法，水样预处理要求、精确度与精密度的定义、二者关系
第二单元 酸碱滴定法
教学要求：掌握酸碱质子理论的实质、酸碱反应的实质、酸碱强度以及酸碱平衡常数的概念；熟练计算酸碱平衡中的各组分浓度；掌握酸碱指示剂变色原理及其变色范围，常用酸碱指示剂酚酞、甲基橙的pH变色范围及颜色变化；掌握酸碱指示剂变色原理和变色范围的计算；掌握酸碱滴定过程中pH计算方法，影响滴定突跃范围的因素以及不同类型酸碱滴定时指示剂的选择；熟悉水中碱度来源和组成，掌握连续滴定法测定水中碱度的方法。
教学重点：酸碱滴定基本原理、指示剂变色原理以及酸度碱度指标测定原理。
教学难点：共轭酸碱的概念、酸碱平衡常数与水的离子积的关系；酸碱平衡中的组分浓度计算；酸碱指示剂的变色原理和变色范围；强碱滴定弱酸的滴定曲线计算过程，影响滴定突跃范围的因素；多元酸分步滴定和滴总量的可行性判断；连续滴定法测定水中碱度。
第三单元 络合滴定法
教学要求：掌握水质分析中常用络合剂EDTA化学结构，配位特征以及EDTA络合物的特点；掌握络合物稳定常数、条件稳定常数、副反应系数的概念及其相互关系、酸效应曲线的应用；掌握滴定过程中被滴定金属离子浓度随EDTA滴定剂加入量的变化以及滴定突跃的计算；掌握金属指示剂的变色原理以及金属指示剂封闭现象、僵化现象产生的原因、解决措施，熟悉常用的金属指示剂络黑T、钙指示剂等应用；掌握单一金属离子准确滴定、混合金属离子分别滴定的条件；熟悉水中硬度的测定原理和方法。
教学重点：掌握络合滴定的基本原理，为掌握水质分析中硬度等的测定奠定基础。
教学难点：EDTA的酸性特性以及在络合过程中有效络合形态；络合物的稳定常数、条件稳定常数以及副反应系数和相互关系；酸效应曲线及其应用；滴定突跃的计算；金属指示剂的封闭现象和僵化现象；混合离子的选择滴定；
第四单元 沉淀滴定法
教学要求：掌握沉淀溶解平衡常数——溶度积的概念和难溶盐溶解度的计算；掌握多种离子共存时分步沉淀的条件；熟悉沉淀滴定过程中被滴定离子的浓度变化；掌握莫尔法的原理和应用于水中Cl离子的测定。
教学重点：利用难溶盐溶度积计算其溶解度；混合离子分步滴定或准确滴定的计算；莫尔法测定水中Cl的方法。
教学难点：难溶盐溶度积计算其溶解度；多种离子共存时分步滴定或准确滴定条件。
第五单元 氧化还原滴定法
教学要求：掌握氧化还原反应的实质和电极电位、 条件电极电位概念及其影响因素；掌握氧化还原反应平衡常数计算以及定量滴定的条件；了解氧化还原反应速率对滴定过程的影响；熟悉氧化还原滴定过程中溶液氧化还原电位的变化及其计算；掌握高锰酸钾法、重铬酸钾法在实际水质指标测定中的应用，包括测定原理、测定条件、指示剂和操作方法；掌握常见的水中有机物综合指标 ，如COD、BOD、高锰酸盐指数的概念、使用范围及相互关系；熟悉氧化还原指示剂的种类及其应用；掌握碘量法测定水中溶解氧、余氯、臭氧的方法，包括测定原理、测定条件、指示剂和操作方法；熟练掌握BOD的测定方法；理解常见的水中有机物综合指标 ，如COD、BOD、高锰酸盐指数的概念、使用范围及相互关系；了解常规有机物指标和新型有机物指标的应用状况。
教学重点：高锰酸盐指数与COD的测定计算，溶解氧的测定与计算，高锰酸盐指数、COD、BOD5、TOC、TOD的定义。
教学难点：氧化还原反应电极电位、 条件电极电位概念及其影响因素；氧化还原反应平衡常数计算以及定量滴定的条件；氧化还原滴定过程中溶液氧化还原电位的变化及其计算。各类有机物综合指标的内涵、相互关系及其测定过程的定量计算。直接碘量法和间接碘量法的应用； 各类有机物综合指标的内涵、相互关系及其测定过程的定量计算。
第六单元 吸收光谱法
教学要求：掌握物质对光的选择吸收原理和光吸收定律；熟悉光吸收定律使用范围及相关计算；了解比色法的操作和分光光度计的组成；熟悉722分光光度计的使用操作要领；掌握水样测定的显色反应目的；熟悉吸收光谱法定量测定方法；熟悉分光光度法分析的一般步骤；掌握吸收光谱法在实际中的应用：Fe的测定、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮测定等；
教学重点：物质对光的选择吸收原理和朗伯-比尔光吸收定律；熟悉光吸收定律适用范围及相关计算；分光光度法的应用范围；分光光度计的构件作用、仪器操作注意事项；显色反应和分析条件的确定；参比溶液的概念和确定；标准曲线法；Fe的测定、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮测定。
教学难点：光的选择吸收原理和光吸收定律及其适用范围；分光光度计测定原理；显色反应和分析条件的确定，最大吸收波长的概念和确定，参比溶液的选择，吸光度最佳定量测定范围；吸收光谱法定量测定方法。
第七单元 电化学分析法
教学要求：掌握原电池的概念和电位分析法的基本原理；掌握参比电极、指示电极的概念；掌握玻璃电极的构成、作用原理和应用；掌握玻璃电极法测定pH的方法；掌握电导率的测定方法。扩展内容ORP测定。
教学重点：参比电极、指示电极的概念；玻璃电极的构成、作用原理、维护和玻璃电极法测定pH的方法；电导率的测定方法；掌握水的氧化还原电位ORP的概念及测定。
教学难点：参比电极、指示电极的概念；玻璃电极的构成、作用原理；水的氧化还原电位ORP
第八单元 色谱法和原子吸收光谱法
教学要求：掌握原子吸收光谱法的基本原理和应用范围；了解原子吸收光谱仪的组成和作用；原子吸收的定量分析方法和水中重金属离子的测定方法；掌握色谱方法的分离原理，熟悉色谱方法的分类；了解气象色谱仪的组成，熟悉气象色谱法的应用范围，能初步选用色谱柱和检测器；熟悉气象色谱的定量分析方法和定性分析；了解色谱技术的发展趋势；熟悉LC、IC在水质分析中的应用，熟悉联机技术种类和应用；理解质谱技术的基本概念和GC-MS在水质分析中的应用。
教学重点：原子吸收光谱法的基本原理和应用范围；原子吸收的定量分析方法和水中重金属离子的测定方法。色谱分离原理，毛细管色谱柱的特性、检测器原理、色谱定性与定量方法。LC、IC在水质分析中的应用范围，熟悉联机技术种类和应用
教学难点：共振吸收和共振发射的理解以及锐线光源特谱线的选择；干扰的消除技术；色谱分离原理，毛细管色谱柱的特性、检测器原理、色谱定性与定量方法；LC、IC与GC的区别，质谱定性分析原理、联机技术