一、课程基本信息
开课单位 |
土木学院 |
课程代码 |
CE04050 |
课程名称 |
水分析化学 |
英文名称 |
Water Analytical Chemistry |
课程性质 |
学类核心 |
学 分 |
3 |
总 学 时 |
48＋16 |
先修课程 |
有机化学、无机化学、 物理化学 |
开课学期 |
第五学期 |
适应专业 |
给排水科学与工程 |
二、课程描述
中文：水分析化学是一门为给水排水专业学生开设的专业基础课，通过该课程的教学使学生能够掌握水分析化学的基本概念、基本理论和基本实验操作技能，为学生学习相关后续专业课程打下必不可少的基础；注重培养学生严谨的科学态度，培养学生独立分析问题和解决分析化学中实际问题的能力；强化并树立准确“量”的观念。主要内容为分析化学的基本方法和基本概念和基本原理，具体包括：酸碱滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法和电化学分析法、吸收光谱法、色谱法和原子光谱法等。
英文：Water Analytical Chemistry is a basic course for majors of water and wastewater engineering , aiming at the students’ mastery of the basic concepts and theories of water analytical chemistry and the basic experimental skills, thus laying a solid foundation for their study of follow-up courses. The study of this course trains the students’ rigorous scientific approach and develops the students’ ability to analyze and solve practical problems and sets up the conception of “quantity”. The main contents of this course are the basic approaches and principles of analytical chemistry, including acid-base titration, complexation titration, precipitation titration, oxidation-reduction titration, electrochemistry analysis, absorption spectrophotometry, chromatography and atomic spectrophotometry.
三、课程内容
（一） 课程教学目标
1．掌握酸碱滴定法、配位滴定法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法、分光光度法、电位分析法、原子吸收法以及色谱法的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念，掌握水分析化学实验的基本操作、基本技能，为学生学习相关后续专业课程打下必不可少的基础。
2．强化并树立准确“量”的观念，注重培养学生严谨的科学态度，培养学生独立分析和解决水质分析中实际问题的能力。
3．通过“课堂教学——课后练习巩固——课程实验训练”这一循序渐进的教学方式，全面培养学生对水质分析的理论分析、实验设计以及实验操作能力。
（二） 基本教学内容
共计十章，各章基本内容如下：
第一章 概论
教学目的与要求：了解本课程的地位和任务，了解水质分析的一般过程；了解水分析化学分析方法的分类；掌握水质指标体系组成及常用的水质指标的分类及应用；了解水质标准体系的构成及有关水质标准。
教学重点：（1）理解水质分析的“眼睛”和“哨兵”作用。（2）水质指标分类；（3）新旧《生活饮用水卫生标准》异同点。
教学难点：有机物综合指标的概念；新《生活饮用水卫生标准》的变化。
教学内容：
1.1水分析化学的性质及任务
1.2水分析化学分析方法的分类
1.3水质指标与水质标准
（1）水质指标与水质标准概念;（2）水质指标;（3）水质标准
1.4国内外水质指标体系
学时分配：4学时
第二章 水分析测量的质量保证
教学目的与要求：了解水样的取样原则、保存方法及预处理要求，了解常用的水样预处理方法；掌握精确度与精密度的定义、二者关系以及提高分析方法的准确度和精密度的方法。了解分析方法的评价方法；掌握有效数字及其计算规则；掌握标准溶液的配置方法及容量分析的定量计算。
教学重点：（1）水样的取样原则和保存方法；（2）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；（3）有效数字的运算规则；（4）标准溶液的配置；（5）物质的量浓度与基本单元。
教学难点：精确度与精密度的定义、二者关系；物质的量浓度与基本单元；误差分析。
教学内容：
2.1水样的采集
（1）水样采集的原则；（2）水样的保存方法；（3）水样的预处理方法
2.2纯水和特殊要求的水（自学）
2.3水分析结果的误差及其表示方法
（1）定量分析中的误差；（2）误差与准确度；（3）偏差与精密度（4）准确度与精密度的关系；（5）误差产生的原因及减免的方法。
2.4数据处理
（1）分析结果的评价指标；（2）有效数字；（3）显著性检验；（4）离群数组（异常值）的检验—Q检验法；（5）分析数据的回归分析。
2.5标准溶液和物质的量浓度
（1）标准溶液和基准物质；（2）标准溶液的配制；（3）水分析化学中常用的量和单位；（4）基本单元;(5)水质分析结果的表示方法。
学时分配：4学时
第三章 酸碱滴定法
教学目的与要求：掌握酸碱质子理论的实质；掌握酸碱溶液中[H+]的计算；了解酸碱指示剂的分类；掌握酸碱指示剂的变色原理以变色范围；掌握酸碱能否被准确滴定、多元酸碱能否分步滴定的判别式；掌握水中碱度的测定原理、测定方法及碱度的表示方法；了解水中的酸度、游离二氧化碳的测定原理和方法。
教学重点：（1）共轭酸碱对概念的建立，酸碱强度的表征方法；（2）一元弱酸碱、多元弱酸碱、两性物质pH计算；（3）常用酸碱指示剂酚酞、甲基橙的pH变色范围及颜色变化（4）酸碱能否被准确滴定、多元酸碱能否分步滴定的判别式；（5）水中碱度的来源、组成及测定。
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；酸碱能否被准确滴定、多元酸碱能否分步滴定的判别式；连续滴定法测定水中碱度。
教学内容：
3.1水溶液中的酸碱平衡
（1）酸碱的定义；（2）酸碱质子理论；（3）解离常数；（4）共轭酸碱对Ka与Kb的关系。
3.2水溶液中弱酸(弱碱)的各种型体分布的计算
（1）溶液中酸碱组分的分布；（2）酸碱溶液的H+浓度计算；
3.3缓冲溶液
（1）缓冲溶液与缓冲作用原理；（2）缓冲溶液的pH值的计算；（3）缓冲溶液的选择和配制。
3.4酸碱指示剂
（1）酸碱指示剂的变色原理；（2）指示剂的变色范围；（3）常用酸碱指示剂和混合指示剂。
3.5酸碱滴定法的基本原理
（1）强碱滴定强酸的滴定曲线；（2）强碱滴定弱酸和强酸滴定弱碱；多元酸碱和混合酸碱的滴定。
3.7水中碱度和酸度
（1）水中的碱度的组成、测定与计算；（2）酸度的组成、测定与计算
学时分配：7学时
第四章 络合滴定法
教学目的与要求：
了解络合平衡及氨羧络合剂，掌握EDTA及其络合物的特点；掌握络合物稳定常数、条件稳定常数、副反应系数的概念以及酸效应曲线的应用；了解络合滴定的基本原理；了解金属指示剂的封闭现象、僵化现象及其消除方法；掌握金属指示剂选择的原则。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，了解提高络合滴定选择性的方法；掌握水中硬度的测定原理和方法及计算。
教学重点：（1）EDTA及其络合物的特点；（2）络合物稳定常数以及酸效应曲线及其应用；（3）金属指示剂封闭现象、僵化现象产生的原因、解决措施；（4）单一金属离子准确滴定、混合金属离子分别滴定的条件；（5）水中硬度的测定原理和方法，总硬度和分硬度的测定方法及其计算。
教学难点：条件稳定常数、酸效应曲线及其应用；金属指示剂的封闭现象和僵化现象；混合离子的选择滴定；水中硬度的测定原理和方法及计算。
教学内容：
4.1概述
4.2氨羧络合剂
（1）氨羧络合剂；（2）乙二胺四乙酸及其络合物络合反应及其特征
4.3 pH对络合滴定的影响
（1）几个基本概念；（2）EDTA的酸效应；（3）酸效应对金属离子络合物稳定性的影响。
4.4络合滴定基本原理
（1）络合滴定曲线；（2）影响滴定突跃的因素；（3）金属指示剂
4.5提高络合滴定选择性的方法
（1） 控制酸度分步滴定；（2）使用掩蔽剂的选择性滴定。
4.6络合滴定的方式和应用；
（1） 络合滴定的方式；（2）EDTA标准溶液的配制与标定。
4.7水的硬度
（1）水的硬度分类；（2）水中硬度的测定。
学时分配：6学时
第五章 沉淀滴定法
教学目的与要求：
了解沉淀溶解平衡的概念和原理、掌握影响溶解度的因素；了解分步沉淀和沉淀转化的方法；掌握莫尔法测定水中的卤素离子。
教学重点：（1）溶解度和溶度积 ；（2）影响沉淀平衡的因素（3）莫尔法测定水中Cl的方法。
教学难点：由难溶盐溶度积计算其溶解度；莫尔法原理与滴定条件。
教学内容：
5.1沉淀溶解平衡与影响溶解度的因素
（1）沉淀溶解平衡；（2）难溶盐的溶度积与溶解度的关系；（3）影响沉淀溶解度的因素。
5.2分步沉淀
（1）分步沉淀；（2）沉淀的转化。
5.3沉淀滴定法的基本原理
（1）沉淀滴定曲线；（2）Mohr法—铬酸钾作指示剂的银量法；（3）Volhard法；（4）Fajans法—吸附指示剂法。
学时分配：3学时
第六章 氧化还原滴定法
教学目的与要求：
了解氧化还原滴定法的特点和分类；掌握电极电位、 条件电极电位概念及其影响因素；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；熟悉氧化还原指示剂的种类及其应用；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；熟悉碘量法测定水中溶解氧、余氯、臭氧的方法；了解溴酸钾法测定水中酚的原理；理解常见的水中有机物综合指标的概念、使用范围及相互关系。
教学重点：（1）氧化还原反应的实质、氧化还原反应电极电位、条件电极电位概念及其影响因素；（2）氧化还原反应平衡常数计算以及定量滴定的条件；（3）氧化还原滴定指示剂的种类及其应用；（5）氧化还原滴定法在实际水质指标测定中的应用，COD、BOD、高锰酸盐指数测定。（6）水中有机物综合指标的概念、使用范围及相互关系。
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；高锰酸钾法测定高锰酸盐指数；重铬酸钾钾法测COD；碘量法测BOD5；水中有机物综合指标的概念及其相互关系理解。
教学内容：
6.1氧化还原平衡
（1）氧化还原反应和电极电位；（2）条件电极电位；（3）影响条件电极电位的因素。
6.2氧化还原反应进行的完全程度
（1）平衡常数、条件平衡常数；（2）氧化还原反应滴定进行的条件；（3）化学计量点时反应进行的程度。
6.3氧化还原反应的速度
（1）反应物浓度的影响；（2）温度的影响；（3）催化剂的影响。
6.4氧化还原滴定曲线
（1）滴定曲线中电极电位的计算；（2）氧化还原滴定曲线的特征。
6.5氧化还原指示剂
（1）种类；（2）氧化还原指示剂的变色原理及变色范围计算。
6.6高锰酸钾法
（1）KMnO4的氧化特性；（2）KMnO4法的滴定方式；（3）KMnO4标准溶液的配制与标定；（4）高锰酸盐指数的测定。
6.7重铬酸钾法
（1）重铬酸钾的氧化特性；（2）COD的测定原理；（3）COD的测定方法。
6.8碘量法
（1）碘量法；（2）碘量法产生误差的原因；（3）碘量法应用示例。
6.9溴酸钾法
6.10水中有机物污染综合指标
（1）高锰酸盐指数、COD、BOD；（2）总有机碳（TOC）；（3）总需氧量（TOD）。
学时分配：8学时
第七章 电化学分析法
教学目的与要求：掌握电位分析法的基本原理；了解电位分析法中所使用的指示电极和参比电极；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；了解电导率的测定方法。
教学重点：（1）参比电极、指示电极的概念；（2）玻璃电极的构成、作用原理、维护；（3）pH值的测定原理和方法；（4）电导率的测定方法。
教学难点：参比电极、指示电极的概念；pH值的测定原理和方法；
教学内容：
7.1电位分析法
（1）指示电极；（2）参比电极
7.2直接电位分析法——pH值的电位测定
7.3电位滴定法
（1）电位滴定曲线和滴定终点的确定；（2）电位滴定法的应用
7.4电导分析法
（1）方法原理；（2）水样测定；（3）电导法在水质分析中的应用。
学时分配：3学时
第八章 吸收光谱法
教学目的与要求：掌握物质对光的选择吸收原理和光吸收定律；了解比色法的操作和分光光度计的组成，熟悉紫外—可见分光光度计的使用操作要领；了解显色反应的影响因素，掌握测量条件的选择，正确的选择分析波长和参比溶液。了解吸收光谱法定量测定方法；了解吸收光谱法在水质分析中的应用。
教学重点：（1）物质对光的选择吸收原理和朗伯-比尔光吸收定律；（2）分光光度计的构件作用、仪器操作注意事项。（3）参比溶液的概念和确定；（4）标准曲线法；（5）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；分光光度计测定原理；最大吸收波长的概念和确定，参比溶液的选择。
教学内容：
8.1吸收光谱
（1）光的基本性质;(2) 分子吸收光谱的产生;(3) 溶液的颜色和物质对光的选择性吸收;(4)郎伯-比尔定律适用范围。
8.2比色法和分光光度法
（1）比色法；（2）分光光度法；（3）可见——紫外分光光度计。
8.3显色反应及其影响因素
（1）显色反应；（2）显色剂；（3）影响显色反应的因素。
8.4吸光光谱法定量的基本方法
（1）单组分的测定；（2）多组分的测定；（3）示差分光光度法。
8.5吸收光谱法的应用实例
（1）天然水中Fe2+的测定；（2） 废水中Cd2+测定；（3）水中微量酚的测定；（4）水中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮及总氮的测定。
学时分配：6学时
第九章 色谱法
教学目的与要求：掌握色谱方法的分离原理，熟悉色谱方法的分类；了解气相色谱仪的组成，熟悉气象色谱法的应用范围；熟悉气相色谱的定量分析方法和定性分析。
教学重点：（1）色谱分离原理、影响分离效果的因素；（2）气相色谱仪的关键构件的作用；（3）色谱定量方法；（4）气相色谱应用。
教学难点：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。
教学内容：
9.1气相色谱法
(1)色谱法概述；（2）气相色谱分离原理；（3）气相色谱分离原理；（3）色谱流出曲线和基本术语；气相色谱的定性与定量方法。
学时分配：3学时
第十章 原子光谱法
教学目的与要求：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。
教学重点：（1）原子吸收光谱法的基本原理和应用范围；（2）原子吸收的定量分析方法（3）水中重金属离子的测定方法。
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。
教学内容：
10.1原子吸收光谱法
（1）基本原理；（2）原子吸收分光光度度计；（3）定量分析方法；（4）原子吸收光谱法在水质分析中的应用。
学时分配：2学时
课程总结与复习 2学时
四、考核方式
考核分理论教学考核和实验考核。理论教学考核包括平时成绩和课程考试成绩，考试采用闭卷笔试，实验考核根据每次实验的基本操作和实验报告进行考查。
总成绩=平时成绩＋实验考核成绩＋考试成绩
平时成绩 占20%；实验考核成绩 占30％；考试成绩 占50% 。
五、教材及参考书
教 材：《水分析化学》（第四版），黄君礼，中国建筑工业出版社，2013年8月第四版。
参考书：
1、《分析化学》（第二版），清华大学出版社。
2、《分析化学》（第五版），武汉大学，高等教育出版社。
3、《水和废水监测分析方法》（第四版），中国环境科学出版社。
六、授课手段
课程讲授：核心的、最具价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法。难点问题和实际操作用图片和动画演示说明。
内容总结、讨论、习题课、参观：围绕课程知识点归类总结、大型仪器应用演示与认识参观等。
课程作业：多做多练(强化科学训练）；综合开放的题目。
课程考试：平时小测验2～3次，期末考试。
课程材料：教材、多媒体教学课件包。
