Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Аналитическая химия: анализ модельных и реальных объектов»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НЕТИПОВОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРОДСКОЙ ДВОРЕЦ ТВОРЧЕСТВА ЮНЫХ»

ПРИНЯТО УТВЕРЖДЕНО

Протокол Малого педагогического совета Приказом № от « »_____20__ г.

Эколого-биологического центра «Крестовский остров» генеральный директор

№_____от «___»_________20___г.

_________________А.Р. Ляндзберг _____________ М.Р. Катунова

(руководитель структурного подразделения) м.п.

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа

«АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ:

АНАЛИЗ МОДЕЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ»

Возраст учащихся: 15-17 лет

Срок реализации: 2 года

Разработчик -

Воронаев Иван Геннадьевич,

педагог дополнительного образования

ОДОБРЕНО

Протокол Методического совета

№_____от «___»_________20____г.

Пояснительная записка

Направленность программы – естественнонаучная.

Уровень освоения программы – базовый.

Актуальность программы состоит в решении задач, связанных с оптимизацией взаимодействия человеческого общества и окружающей среды, которая строится на наличии постоянной достоверной информации о составе объектов окружающей среды, получаемой в результате постоянного аналитического контроля за состоянием воздуха, воды, почв, биологических объектов, что соответствует государственной политике в области дополнительного образования, социальному заказу общества и ориентирование на удовлетворение образовательных потребностей детей и родителей.

Отличительной особенностью программы станет возможность выполнения самостоятельных исследовательских проектов (1 год обучения), которые должны перейти в индивидуальную или групповую исследовательскую работу (2 год обучения), помощь в подготовке к практическим этапам олимпиад по химии.

Адресат программы – программа рассчитана на возраст учащихся 15-17 лет, у которых:

сформирован интерес и мотивация к данной предметной области (химия);

наличествуют базовые знания по химии.

Цель программы — формирование и развитие мотиваций для участия в олимпиадах и конференциях для школьников, повышение уровня знаний и умений практического применения знаний.

В рамках программы поставлены следующие задачи:

Обучающие

Получение учащимися знаний о существующих методах анализа, принципах их работы.

Получение учащимися знаний о применении методов анализа для изучения как модельных, так и реальных объектов в теории и на практике.

Получение навыков научного познания и исследования, поиска и обработки информации.

Развивающие

Развитие у учащихся умения взаимодействовать в коллективе.

Развитие навыков планирования индивидуальной и совместной работы.

Развитие навыков изложения и представления результатов своей исследовательской работы.

Развитие навыков работы с оборудованием, реактивами и приборами.

Воспитательные

Воспитание у учащихся бережного отношения к окружающей среде, осознание возможности личного вклада в защиту окружающей среды.

Формирование ответственного подхода к своим действиям как в вопросах взаимодействия с природными объектами, так и в вопросах взаимодействия в коллективе.

Условия реализации программы

Продолжительность освоения программы составляет 2 года. 1 год – 144 часа, 2 год – 216 часов.

Группа первого года обучения состоит из 15 человек. Прием на обучение в группу первого года обучения осуществляется на конкурсной основе в соответствии с результатами вступительных испытаний, проводимых в форме письменного тестирования по химии. Тестирование проводится с целью определения базовых знаний по химии.

Тест состоит из вопросов, изучаемых в рамках школьной программы по химии. Также в тест входит одна олимпиадная задача. Максимум, который может набрать учащийся – 100 баллов. Лица, не явившиеся на вступительные испытания, выбывают из конкурса.

По результатам испытаний составляется ранжированный список в соответствии с убыванием количества баллов, набранных на вступительном тестировании. При равенстве баллов более высокое место в списке занимают поступающие, предоставившие сведения о своих индивидуальных достижениях (победители и призеры (не ниже районного этапа) олимпиады школьников по химии).

В группу второго года обучения зачисляются учащиеся, успешно освоившие курс первого года обучения. При выбывании учащихся в группу второго года может быть произведен добор на конкурсной основе в соответствии с правилами набора групп первого года обучения.

Предполагаются следующие формы проведения занятий: лекционные занятия, лабораторные практикумы, семинары с обсуждением результатов индивидуальной работы над исследовательскими проектами.

Необходимое кадровое и материально-техническое обеспечение программы

К квалификации штатных преподавателей и иных лиц, допущенных к реализации образовательной программы, предъявляются следующие требования: не ниже специалиста с высшим химическим образованием.

Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий – оснащенная химическая лаборатория с возможностью проведения демонстрационных и лабораторных экспериментов.

Планируемые результаты

Предметные

Учащимися получены знания о существующих методах анализа, принципах их работы.

Учащимися получены знания о применении методов анализа для изучения как модельных, так и реальных объектов в теории и на практике.

Учащимися получены навыки научного познания и исследования, поиска и обработки информации.

Метапредметные

У учащихся развиты умения взаимодействовать в коллективе.

У учащихся развиты навыки планирования индивидуальной и совместной работы.

У учащихся развиты навыки изложения и представления результатов своей исследовательской работы.

У учащихся развиты навыки работы с оборудованием, реактивами и приборами.

Личностные

У учащихся развито бережное отношение к окружающей среде, осознание возможности личного вклада в защиту окружающей среды.

У учащихся сформирован ответственный подход к своим действиям как в вопросах взаимодействия с природными объектами, так и в вопросах взаимодействия в коллективе.

1. Учебный план 1 года обучения

   № п/п	Название раздела, темы	Количество часов				Формы контроля
   		Всего	Теория	Практика
   1	Вводное занятие.	6	3	3	Устный опрос учащихся с целью закрепления основ безопасного поведения в химической лаборатории.
   2	Теоретические основы химии.	24	15	9	Зачетная работа. Тест, решение задач, обсуждение.
   3	Химические методы обнаружения ионов в растворах.	18	9	9	Устный опрос, обсуждение. Онлайн тестирование.
   4	Химические методы количественного анализа.	36	12	24	Зачетная работа. Тест, решение задач, анализ протоколов лабораторных работ, обсуждение.
   5	Физические и физико-химические методы анализа.	21	9	12	Зачетная работа. Тест, индивидуальная беседа по билетам, решение задач, сдача протоколов лабораторных работ, обсуждение.
   6	Исследовательские проекты: старт в науку.	36	0	36	Конференция
   7	Контрольные и итоговые занятия (за первое и второе полугодие)	3	1	2	Контрольная работа в виде теста. Утверждение тем индивидуальных исследовательских проектов.
   	Всего часов	144	49	95

   Учебный план 2 года обучения

Рабочая программа 1-года обучения

к дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программе

«АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ:

АНАЛИЗ МОДЕЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ»

Задачи

Обучающие

Получение учащимися знаний о существующих методах химического и физико-химического анализа, принципах их работы. Обоснование принципов работы метода на основе полученной теоретической подготовки.

Получение учащимися знаний о применении методов анализа для изучения модельных объектов в теории и на практике.

Получение навыков научного познания и исследования, поиска и обработки информации.

Развивающие

Развитие у учащихся умения взаимодействовать в коллективе.

Развитие навыков планирования индивидуальной работы.

Развитие навыков планирования эксперимента и представления результатов своих исследовательских проектов.

Развитие навыков работы с оборудованием, реактивами и приборами.

Воспитательные

Воспитание у учащихся бережного отношения к окружающей среде, осознание возможности личного вклада в защиту окружающей среды.

Формирование ответственного подхода к своим действиям как в вопросах взаимодействия с природными объектами, так и в вопросах взаимодействия в коллективе.

Планируемые результаты

Предметные

Учащиеся сформируют знания о существующих методах аналитической химии, принципах их работы для изучения объектов окружающей среды в теории и на практике прохождения лабораторных работ.

Учащиеся получат знания о применении изученных методов анализа. Научатся обосновывать основу метода.

Учащиеся получат навыки научного исследования, таких как постановка целей и задач, планирование экспериментов или наблюдений.

Метапредметные

Разовьют умения взаимодействовать в коллективе.

Разовьют навыки планирования индивидуальной работы.

Разовьют навыки планирования эксперимента и подготовки и представления материалов.

Разовьют навыки работы с оборудованием, реактивами и приборами, познакомятся с системой аналитического контроля.

Личностные

Программа воспитает в учащихся бережное отношение к окружающей среде, осознание собственной ответственности и возможности личного вклада в защиту окружающей среды в результате непосредственной практической деятельности по химико-аналитическому контролю объектов окружающей среды.

Программа сформирует ответственный подход к своим действиям как в вопросах рабочей обстановки в химической лаборатории, так и в вопросах взаимодействия в коллективе.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

Вводное занятие.

Теория. Знакомство с Эколого-биологическим центром, Лабораторией и программой курса. Правила поведения в центре и инструктаж по технике безопасности. Первичное тестирование учащихся на выявление уровня подготовки.

Практика. Экскурсия по ЭБЦ «Крестовский остров», Лаборатории.

Формы подведения итогов. Устный опрос учащихся с целью закрепления основ безопасного поведения в химической лаборатории.

Аналитическая химия и химический анализ.

Теория. Предмет и задачи аналитической химии. Значение аналитического контроля в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, экологии, науке. Основные понятия аналитической химии. Понятия «анализ вещества, метод и методика анализа». Основные характеристики методик анализа (предел обнаружения, минимальная концентрация, верхняя граница диапазона определяемых концентраций, правильность, прецизионность, погрешность. Структура и методы аналитической химии. Классификация видов анализа. Классификация химического анализа, основанная на получаемой информации (качественный и количественный анализ). Классификация химического анализа, основанная на природе аналита (изотопный, элементный, молекулярный, функциональный, вещественный, фазовый анализ). Характеристические свойства вещества. Методы аналитической химии (химические, физические, физико-химические, биологические).

Практика. Знакомство с лабораторной химической посудой и оборудованием.

Формы подведения итогов. Устный опрос учащихся на предмет закрепления названий химической посуды.

Теоретические основы химии

Теория. Атомно-молекулярное учение. Основные положения атомно-молекулярного учения, вытекающие законы из них. Работы М.В. Ломоносова, Дж. Дальтона, А. Лавуазье, Ж. Пруста, А. Авогадро, Й. Берцелиуса, Д.И. Менделеева, А.М. Бутлерова. Законы постоянства состава, кратных и объемных отношений, Авогадро. Количество вещества. Эквивалент. Закон эквивалентов. Химические расчеты.

Введение в теорию химического процесса. Константа химического равновесия. Основные положения химической термодинамики и кинетики. Превращение энергии при химических реакциях. Термохимия. Скорость химической реакции. Зависимость скорости реакции от различных факторов. Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье.

Растворы как химические системы. Растворимость веществ. Концентрации. Вода в природе. Физические и химические свойства воды. Характеристики растворов. Теории кислот и оснований. Кислотно-основные равновесия в растворах.

Теория электролитической диссоциации. Процесс диссоциации. Электропроводность растворов. Сильные и слабые электролиты. Закон разбавления Оствальда. Свойства кислот, оснований и солей с точки зрения теории электролитической диссоциации.

Характеристика рН водных растворов электролитов. Диссоциация воды. Расчет рН растворов. Буферные растворы. Гидролиз. Смещение ионных равновесий. Кислотно-основные равновесия в аналитической химии.

Комплексообразование в растворах. Состав комплексных соединений. Комплексообразователи. Номенклатура комплексных соединений. Устойчивость комплексных соединений в растворах.

Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления элементов. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Уравнение Нернста. Возможности существования ионов в растворах. Важнейшие окислители и восстановители. Окислительно-восстановительные равновесия и их роль в аналитической химии.

Практика. Решение задач и упражнений. Демонстрационный химический эксперимент.

Формы подведения итогов. Зачетная работа. Тест, решение задач, обсуждение.

Химические методы обнаружения ионов в растворах

Теория. Общая схема и основные этапы химического анализа. Пробоотбор. Пробоподготовка. Выбор метода анализа (избирательность, точность, чувствительность, экспрессность, стоимость метода). Концентрирование и разделение как стадии пробоподготовки. Основные инструменты и операции химического анализа.

Аналитические свойства веществ и их связь с положением элементов в периодической системе Д.И. Менделеева. Аналитические свойства веществ и их связь с положением элементов в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Семейства элементов: s-, p-, d-, f-. Существование элементов в водных растворах, окраска их растворов.

Схемы разделения катионов и анионов. Дробный и систематический анализ. Аналитический реагент. Основные реакции обнаружения катионов и анионов. Чувствительность аналитических реакций. Предел обнаружения.

Практика.

Лабораторная работа №1. Аналитические группы и схемы анализа катионов.

Лабораторная работа №2. Аналитические группы анионов

Лабораторная работа №3. Анализ смеси неизвестного состава.

Формы подведения итогов. Устный опрос, обсуждение. Онлайн тестирование.

Химические методы количественного анализа

Теория. Титриметрические (объемные) методы анализа (титриметрия). Классификация методов титриметрического анализа (кислотно-основное титрование, осадительное титрование, комплексометрическое титрование, окислительно-восстановительное титрование). Виды титрования, применяемые в титриметрическом анализе (прямое, обратное, обращенное, заместительное титрование). Методы установления конечной точки титрования (визуальные и инструментальные). Индикаторы.

Кислотно-основное титрование (метод нейтрализации). Сущность метода. Стандартный раствор. Типы кислотно-основного титрования. Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Кривые кислотно-основного титрования. Расчет, построение и анализ кривых титрования. Влияние различных факторов на скачок титрования. Ошибки кислотно-основного титрования. Применение методов кислотно-основного титрования.

Практика.

Лабораторная работа №4. Приготовление стандартных растворов. Определение содержания кислоты или основания методом кислотно-основного титрования

Лабораторная работа №5. Определение кислотности продуктов питания.

Теория. Комплексонометрическое титрование. Сущность метода. Требования, предъявляемые к реакциям в комплексиметрии. Классификация методов комплексиметрии. Распределение элементов, определяемых комплексонометрически, в периодической системе Д.И. Менделеева. Комплексонометрия. Комплексоны.

Практика.

Лабораторная работа №6. Определение общей жесткости воды.

Лабораторная работа №7. Комплексонометрическое определение содержания катионов металлов в растворах.

Теория. Окислительно-восстановительное титрование. Сущность метода. Классификация редокс-методов. Условия проведения окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, дихроматометрия, иодиметрия, иодометрия и другие часто используемые методы в окислительно-восстановительном титровании.

Практика.

Лабораторная работа №8. Определение массы двухвалентного железа в растворе методом перманганатометрии.

Лабораторная работа №9. Определение аскорбиновой кислоты в фруктовых соках методом йодометрии.

Лабораторная работа №10. Определение растворенного в воде кислорода методом Винклера.

Формы подведения итогов. Зачетная работа. Тест, решение задач, анализ протоколов лабораторных работ, обсуждение.

Физические и физико-химические методы анализа.

Теория. Электрохимические методы анализа. Потенциометрия. Приемы физических методов определения концентрации (метод градуировочного графика, метод добавок, метод одного эталона). Классификация электрохимических методов анализа. Общие понятия. Электроды. Классификация электродов. Приборное оформление электрохимических методов анализа. Потенциометрический анализ (потенциометрия). Основы метода и аналитические возможности. Принцип метода. Химический сенсор. Интеллектуальные сенсорные системы («электронный нос» и «электронный язык»). Прямая потенциометрия: определение концентрации вещества. Потенциометрическое титрование. Кривые потенциометрического титрования. Индикаторное и инструментальное определение рН растворов.

Практика.

Лабораторная работа №12. Определение нитратов в овощах с помощью ионоселективного электрода.

Лабораторная работа №13. Потенциометрическое титрование смеси соляной и борной кислот в растворе при их совместном присутствии

Теория. Методы элементного спектрального анализа. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Электромагнитный спектр. Цвета и интервалы длин волн в спектре. Отражение, преломление, поглощение, испускание электромагнитного излучения. Основные понятия и законы. Основы теории атомных и молекулярных спектров. Интенсивность спектральных линий. Типы излучений. Система единиц. Классификация спектральных методов анализа.

Методы атомной спектрометрии. Оптические атомные спектральные методы. Строение атома и его спектр. Потенциалы ионизации. Схемы процессов, лежащих в основе методов спектроскопии. Особенности атомных спектров элементов. Классификация методов атомной спектроскопии. Источники атомизации и возбуждения. Ядерно-физические и радиохимические методы анализа. Радиоактивность. Рентгеновское излучение. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Классификация рентгеноспектральных методов элементного анализа. Техника рентгеноспектрального анализа. Применение радиоспектроскопии в анализе объектов окружающей среды.

Методы молекулярной спектроскопии. Цвет и спектр. Основной закон фотометрии. Отклонения от закона. Схема энергетических уровней молекулы. Характеристика квантовых переходов. Электронные спектры поглощения. Классификация фотометрических методов анализа. Приборы для фотометрического анализа. Светофильтры. Общие схемы проведения фотометрического анализа. Выбор условий. Колориметрия. Фотоколориметрия. Спектрофотометрия. Количественный фотометрический анализ. Нахождение концентрации определяемого вещества. Чувствительность и погрешность фотометрического анализа. Понятие о фотометрическом титровании.

Практика.

Лабораторная работа №14. Определение железа (III) и сульфатов в питьевой воде.

Формы подведения итогов. Зачетная работа. Тест, индивидуальная беседа по билетам, решение задач, сдача протоколов лабораторных работ, обсуждение.

Исследовательские проекты: старт в науку.

Выбор тем исследовательских проектов и планирование эксперимента. Расчет необходимых количеств веществ для постановки эксперимента исследовательской работы.

Обзор литературы. Источники современной химической информации. Открытый доступ к научной информации: Sci-Hub.

Примеры вариантов исследовательских проектов:

1. Химический анализ продуктов питания

2. Химический анализ воды, почвы и т.п.

3. Синтезы и применение конкретных веществ в аналитических целях.

Рабочая программа 2-года обучения

к дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программе

«АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ:

АНАЛИЗ МОДЕЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ»

1. Задачи Обучающие

Повторение и углубление учащимися основных теоретических вопросов общей химии.

Формирование и обобщение учащимися знаний о существующих методах химического и физико-химического анализа, принципах их проведения; методах разделения и концентрирования; способах анализа конкретных объектов.

Получение учащимися знаний о применении методов анализа для изучения как модельных, так и реальных объектов в теории и на практике.

Получение и совершенствование навыков научного познания и исследования, поиска и обработки информации.

Развивающие

Развитие у учащихся умения взаимодействовать в коллективе.

Развитие навыков планирования не только индивидуальной, но и совместной работы.

Развитие навыков изложения и представления результатов своей исследовательской работы; навыков выступления на публике.

Развитие навыков работы с оборудованием, реактивами и приборами.

Воспитательные

Воспитание у учащихся бережного отношения к окружающей среде, осознание возможности личного вклада в защиту окружающей среды.

Формирование ответственного подхода к своим действиям как в вопросах взаимодействия с природными объектами, так и в вопросах взаимодействия в коллективе.

Планируемые результаты

В ходе освоения программы учащиеся:

Предметные

Повторят и углубят знания по различным разделам химии.

Сформируют и обобщат знания о существующих методах в аналитической химии, принципах их работы для изучения как модельных, так и реальных объектов, в частности объектов окружающей среды, в теории и на практике прохождения лабораторного практикума.

Получат знания о применении изученных методов анализа.

Получат навыки научного исследования, такие как постановка целей и задач, планирование экспериментов и наблюдений.

Метапредметные

Разовьют умения взаимодействовать в коллективе.

Получат навыки планирования индивидуальной и совместной работы.

Разовьют навыки подготовки, изложения и представления материалов; навыки выступления на публике.

Разовьют навыки работы с оборудованием, реактивами и приборами, познакомятся с системой аналитического контроля.

Личностные

Программа воспитает в учащихся бережное отношение к окружающей среде, осознание собственной ответственности и возможности личного вклада в защиту окружающей среды в результате непосредственной практической деятельности по химико-аналитическому контролю объектов окружающей среды.

Сформирует ответственный подход к своим действиям как в вопросах рабочей обстановки в химической лаборатории, так и в вопросах взаимодействия в коллективе.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

Вводное занятие.

Теория. Знакомство с программой курса. Правила поведения в центре и инструктаж по технике безопасности. Тестирование учащихся на выявление уровня знаний.

Теоретические основы химии (повторение)

Теория. Растворы. Растворимость веществ. Концентрации. Характеристики растворов. Теории кислот и оснований. Кислотно-основные равновесия в растворах. Теория электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Характеристика рН водных растворов электролитов. Диссоциация воды. Расчет рН растворов. Буферные растворы. Гидролиз. Составление уравнений гидролиза солей. Смещение ионных равновесий. Кислотно-основные равновесия в аналитической химии.

Комплексообразование. Состав комплексных соединений. Комплексообразователи. Устойчивость комплексных соединений в растворах.

Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления элементов. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Возможности существования ионов в растворах. Важнейшие окислители и восстановители. Окислительно-восстановительные равновесия и их роль в аналитической химии.

Практика. Решение расчетных задач и выполнение упражнений. Разбор заданий, встречающихся на различных этапах химических олимпиад.

Формы подведения итогов. Зачетная работа. Тест, решение задач, обсуждение.

Принципы современной аналитической химии.

Теория. Подготовка образца к анализу и проведение анализа. Предварительные макро- и микроскопические исследования. Отбор пробы для анализа однородных и неоднородных веществ, средняя проба. Выбор схемы и метода анализа в зависимости от состава анализируемого вещества.

Разложение анализируемой пробы. Методы переведения в раствор труднорастворимых объектов. Растворение в кислотах и щелочах, сплавление с кислыми и щелочными плавнями. Анализ различных объектов: минералов, руд, горных пород, природных и сточных вод, воздуха.

Метрологические основы аналитической химии. Характеристика аналитических методов. Определение концентрации методом градуировочного графика и методом добавок. Предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых концентраций, коэффициент чувствительности, избирательность, время, необходимое для проведения анализа (экспрессность).

Методы определения неорганических веществ. Качественный химический анализ. Схемы разделения катионов и анионов. Принцип анализа систем сложного состава. Свойства и константы веществ, необходимые для составления химико-аналитической характеристики определяемого компонента. Задачи и выбор метода обнаружения. Химические, физико-химические и физические методы обнаружения. Качественный анализ. Характеристика аналитических реакций. Селективные и специфические реагенты. Способы понижения предела обнаружения и повышения избирательности

Теория. Методы определения органических веществ. Классы органических веществ. Функциональный органический анализ. Качественные реакции функциональных групп.

Практика. Выполнение упражнений.

Лабораторная работа №1. Распознавание органических веществ.

Теория. Химические тест-методы анализа. Общая характеристика тест-систем. Цели использования и достоинства. Внелабораторный анализ. Классификация тест-систем для химического анализа. Химические основы тестов: реагенты и реакции. Способы использования реагентов.

Практика. Лабораторная работа №2. Приготовление и работа с тест-системами.

Формы подведения итогов. Выполнений онлайн теста.

Методы разделения и концентрирования.

Теория. Общая классификация методов разделения. Основные понятия. Методы разделения гомогенных и гетерогенных смесей веществ. Методы разделения, основанные на образовании новой фазы. Методы разделения, основанные на различиях в распределении веществ между фазами.

Сорбция. Особенности сорбции как метода концентрирования. Сорбенты, общие требования к ним. Параметры сорбции: коэффициент распределения, емкость сорбента, изотермы сорбции.  Техника сорбционного концентрирования. Способ сорбционного фильтра. Синтетические иониты. Основные типы, химизм процессов, выбор систем. Неорганические ионообменники: оксиды и гидроксиды металлов (силикагель, гидратированные оксиды титана, циркония и олова), соли металлов (фосфат циркония, сульфиды), соли гетерополикислот и другие. Достоинства и недостатки. Особенности практического использования. 

Общая характеристика экстракции. Особенности экстракции как метода концентрирования.

Этапы развития, современное состояние. Основные понятия и термины. Условия экстракции веществ. Количественные характеристики экстракции: коэффициент распределения, степень извлечения, коэффициент разделения, константа распределения и константа экстракции. Классификация экстракционных систем. Классификация по типу экстракционной системы. Классификация, основанная на природе экстрагентов. Классификация по типу экстрагируемого соединения. 

Экстракция в неорганическом анализе. Принцип жестких и мягких кислот и оснований Пирсона (ЖМКО) и его применение для прогнозирования экстракционного поведения металлов в различных экстракционных системах. 
Координационно несольватированные нейтральные соединения. Основные факторы, влияющие на экстракцию. Растворимость и экстракция, роль растворителя. 
Координационно сольватированные нейтральные (смешанные) комплексы. Условия образования и экстракции. Принципы выбора нейтрального экстрагента, основные типы экстрагентов. 

Практика.

Лабораторная работа №3. Экстракционное разделение смеси катионов

Лабораторная работа №4. Получение эфирных масел методом дистилляции.

Теория. Основы хроматографии. Основные понятия и классификация методов. Количественные характеристики хроматографии. Теоретические основы хроматографии. Общая схема хроматографического анализа. Газовая хроматография. Жидкостная хроматография.

Газовая хроматография. Основы метода. Газожидкостная, газоадсорбционная хроматография. Детекторы для газовой хроматографии.

Жидкостная хроматография. Общие сведения. Жидкостно-адсорбционная, жидкостно-жидкостная, ионообменная хроматография.

Планарная хроматография. Основы метода. Бумажная и тонкослойная хроматография.

Практика. Лабораторная работа №5. Разделение и обнаружение ионов методом бумажной хроматографии.

Лабораторная работа №6. Определение железа в яблоках методом бумажной хроматографии.

Лабораторная работа №7. Тонкослойная хроматография (ТСХ). Определение следовых концентрация ДДТ в воде, продуктах питания, биологических объектах.

Лабораторная работа №8. Исследование стабильности аскорбиновой кислоты при нагревании и в кислой среде методом ТСХ.

Формы подведения итогов. Зачетная работа. Тест, индивидуальная беседа по билетам, решение задач, сдача протоколов лабораторных работ, обсуждение.

Анализ реальных объектов

Теория. Анализ вод. Классификация вод. Основные аналитические проблемы. Пробоотбор и хранение проб. Определение обобщенных физических и химических показателей, определяющих качество воды: прозрачности, мутности, цветности, водородного показателя, окислительно-восстановительного потенциала, щелочности, растворенного кислорода, окисляемости, химического и биохимического потребления кислорода (ХПК и БПК).

Практика. Лабораторная работа №9. Определение индивидуальных неорганических компонентов в воде: хлоридов, фторидов, нитритов, нитратов, фосфатов, серосодержащих анионов, ионов аммония, щелочных и щелочно-земельных металлов.

Теория. Природные органические вещества вод. Общая оценка содержания органических веществ: определение органического углерода, азота, фосфора. Основные классы загрязняющих органических веществ: поверхностно-активные вещества, фенолы, нефтепродукты, полиароматические углеводороды, азот-, серо- и фосфорсодержащие пестициды, хлорорганические соединения (хлорсодержащие пестициды, полихлорированные бифенилы, полихлордибензофураны, полихлорди­бензо-п-диоксины). Источники попадания, устойчивость в окружающей среде, токсичность, методы извлечения, концентрирования, разделения и определения. 

Анализ почв и донных отложений. Особенности почвы как объекта окружающей среды. Пробоотбор. Химический состав почв. Гумусовые вещества: строение, реакционная способность, функции в окружающей среде. 
Задачи аналитического контроля. Определение обобщенных показателей: емкости катионного обмена, кислотности, окислительно-восстановительного потенциала, содержания легкорастворимых солей, биологической активности. 
Определение неорганических компонентов. Элементный и молекулярный анализ.

Анализ пищевых и сельскохозяйственных продуктов. Химические вещества пищи: собственные минеральные и органические вещества, пищевые добавки, чужеродные вещества. Методы их извлечения, концентрирования, разделения. 
Определение компонентов, определяющих пищевую ценность продукта. Определение белков, жиров, углеводов, витаминов, аминокислот и других органических кислот.  Оценка безопасности пищевых продуктов.

Анализ геологических объектов. Выбор схемы анализа, определяемой природой объекта. Рудные и нерудные полезные ископаемые. Способы разложения руд. Определение железа, алюминия, марганца, примесей титана, ванадия, никеля, меди, хрома. Определение компонентов вмещающей породы.  Полиметаллические руды. Схемы анализа при определении основных компонентов (меди, цинка, железа, свинца, кадмия) и микропримесей (серы, мышьяка и марганца). Особенности анализа руд хрома, никеля, кобальта, ртути, олова и сурьмы. Анализ геологических материалов, содержащих редкоземельные элементы. Способы выделения, концентрирования и определения РЗЭ. 

Практика. Решение задач и упражнений. Разбор ситуационных задач.

Формы подведения итогов. Итоговое занятие. Подведение итогов. Защита докладов, обсуждение.

Исследовательские работы.

Продолжение работ, начатых в первом году обучения. Расширение информации и планирование эксперимента.

Обзор литературы. Нахождение закономерностей в экспериментальных данных. Попытки моделирования и анализа данных. Выдвижение идей и гипотез. Углубление знаний о механизмах течения химических реакций.

Примеры вариантов исследовательских работ:

1. Химический анализ продуктов питания и объектов окружающей среды.

2. Синтезы и применение конкретных веществ в аналитических целях.

3. Совершенствование методик анализа применительно к конкретным объектам.

4. Синтез органических и неорганических веществ с заданными свойствами.

5. Оценочные и методические материалы

Педагогические методики и технологии:

исследовательские работы – выбор темы исследования и планирование эксперимента, технология решения исследовательских задач, исследовательские и проектные технологии;

игровые технологии, способствующие развитию критического мышления, участие в дистанционных олимпиадах, технологии интерактивного и дистанционного обучения.

Оценочные, диагностические материалы.

Показатели результативности освоения программы контролируются по следующим параметрам, включающим контроль над обучающими, развивающими и воспитательными результатами:

- объем и глубина освоения теоретической информации (в виде устных зачетов, контрольных тестовых заданий, онлайн тестирования);

- умения и навыки практической деятельности (в виде практических лабораторных занятий);

- опыт общения, творчества, эмоционально-ценностных отношений;

- мотивация и осознание перспективы, а также успех и вера ребенка в свои силы.

Данные показатели результативности представлены в виде таблиц.

В ходе работы обучающихся над самостоятельными исследованиями предполагается проведение индивидуальных и групповых консультаций, в зависимости от этапа работы.

Зачетные занятия планируется проводить в конце больших тематических блоков после проведения лабораторных работ и практических занятий. На начальных этапах обучения в форме письменного тестирования, решения задач.

По мере освоения программы, подведение итогов приобретает характер семинаров, включает подготовку отчетных докладов по проделанным лабораторным работам, усвоенным методам, а так же с результатами своего проекта, с целью развития навыков презентации.

 

Информационная карта освоения дополнительной общеобразовательной программы

 

 

 

Карта оценки результативности реализации программ

Название программы, ее длительность__________________________________________________________________________

Фамилия, имя, отчество педагога_______________________________________________________________________________

Фамилия, имя учащегося______________________________________________________________________________________

Год обучения по программе____________________________________________________________________________________

 

Учебно-методический комплекс 1 года обучения

 

Учебно-методический комплекс 2 года обучения

7. Списки литературы

Литература для педагога

Бок Р., Трофимова В. А. Методы разложения в аналитической химии. – 1984.

Будруджак П. Задачи по химии. – Мир, 1989.

Воронаев И.Г. Химический анализ объектов окружающей среды // Учебн. Пособие. СПб: Изд-во ГБНОУ СПбГДТЮ, 2015.

Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие. 2012.

Коренман Я. И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых продуктов //учебное пособие для студ. вузов. 2005.

Лилич Л. С., Хрипун М. К. Растворы как химические системы: Донорно-акцепторное взаимодействие в растворах: Уч. пособ.-2-е изд //СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2010.

Отто М. Современные методы аналитической химии: 3-е издание //Москва: Техносфера, 2008.

Скуг Д. А., Уэст Д. М. Основы аналитической химии: Пер. с англ. – Мир, 1979.

Хаускрофт К., Констебл Э. Современный курс общей химии. – М.: Мир, 2002.

Ягодин Г. А. и др. Основы жидкостной экстракции. Под ред. ГА Ягодина. М.: Химия, 1981.

Литература для учащихся

Воронаев И.Г. Химический анализ объектов окружающей среды // Учебн. Пособие. СПб: Изд-во ГБНОУ СПбГДТЮ, 2015.

Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие. 2012.

Другов Ю. С., Родин А. А. Экологическая аналитическая химия //Уч. пособие для вузов. 2002.

Кузьменко Н. Е., Еремин В. В. 2500 задач по химии с решениями //М.: Оникс, 2005.

Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Чуранов С. С. Сборник конкурсных задач по химии //М.: Экзамен, 2006.

Лилич Л. С., Хрипун М. К. Растворы как химические системы //Учебн. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2007.

Свитанько И. В., Кисин В. В., Чуранов С. С. Стандартные алгоритмы решения нестандартных химических задач //М.: Химический факультет МГУ им. МВ Ломоносова, 2012.

Скуг Д. А., Уэст Д. М. Основы аналитической химии: Пер. с англ. – Мир, 1979.