Ушакова В.Г. (сост.) Химия окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра геоэкологии и природопользования

ХИМИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Учебно-методический комплекс

Для студентов, обучающихся по специальности

020802 «Природопользование»

Горно-Алтайск

РИО Горно-Алтайского госуниверситета

2010

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Горно-Алтайского государственного университета

ББК 24

Х 46

Химия окружающей среды: учебно-методический комплекс (для студен-

тов, обучающихся по специальности 020802 «Природопользование»). – Горно-

Алтайск: РИО ГАГУ, 2009. – 111 с.

Составитель –

Ушакова В.Г., к.х.н., доцент ГАГУ

Рецензенты:

Важов В.М., д.с.-х.н., профессор кафедры физической географии

и экологического туризма Бийского педагогического государственного

университета им. В.М. Шукшина

Стрельцова Т.А., д.б.н., профессор кафедры зоологии,

экологии и генетики ГАГУ

Учебно-методический комплекс включает квалификационную характери-

стику специалиста; компетенции выпускника; рабочую программу дисципли-

ны, технологическую карту учебного процесса; план курса лекций по дисцип-

лине; план лабораторных занятий; методические указания к выполнению лабо-

раторных работ, вопросы к семинарским занятиям; тесты для самопроверки по

дисциплине; рекомендуемую литературу (основную и дополнительную); темы

рефератов; контрольные вопросы, выносимые на зачёт; глоссарий.

Дисциплина химия окружающей среды» является естественнонаучной

дисциплиной специализации (СДДС.Ф 4) для студентов 4 курса специальности

020802 «Природопользование»

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ...................................................................................................................4

I. Квалификационная характеристика специалиста- выпускника .........................4

II. Компетенции выпускника .......................................................................................4

III. Рабочая программа дисциплины ...........................................................................5

3.1 Объяснительная записка .........................................................................................5

3.2 Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины ................6

3.3 Технологическая карта учебного процесса..........................................................7

3.4 Содержание учебного курса ..................................................................................7

3.5. Учебный план курса ...............................................................................................8

3.5.1. Распределение учебного материала по часам ................................................8

3.5.2. Тематика лекций, план, объем в часах .............................................................9

3.5.3. Тематика лабораторных занятий, их содержание и объем в часах ...........10

IV. Методические указания к проведению лабораторных работ .........................12

4.1. Общие правила выполнения лабораторных работ ..........................................13

4.1.1. Техника выполнения лабораторных работ ....................................................13

4.1.2. Измерительные приборы, используемые при выполнении

лабораторных работ ....................................................................................................18

4.2. Рекомендуемые лабораторные работы .............................................................20

4.2.1. Лабораторная работа №1 .................................................................................20

4.2.2. Лабораторная работа №2 .................................................................................27

4.2.3. Лабораторная работа №3 .................................................................................32

4.2.4. Лабораторная работа №4 .................................................................................36

4.2.5. Лабораторная работа №5 .................................................................................38

V. Методические указания по самостоятельной работе студентов......................42

5.1. План организации самостоятельной работы студентов .................................43

5.2. Рекомендуемая для выполнения самостоятельной работы литература ......45

5.3. Примеры решения задач по химии окружающей среды ................................46

5.4. Задачи для самостоятельного решения .............................................................50

5.5. Тесты по курсу дисциплины ...............................................................................54

5.6. Темы рефератов по курсу «Химия окружающей среды ................................62

5.7. Рекомендации к оформлению видов самостоятельной работы ....................63

VI. Вопросы выносимые на зачёт .............................................................................64

VII Глоссарий ...............................................................................................................66

VIII. Рекомендуемая литература .............................................................................110

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий учебно-методический комплекс по курсу «Химия окружающей

среды» составлен с учетом рекомендаций Научно-методического совета по гео-

графии Учебно-Методического Объединения университетов. Его структура и

содержание соответствуют требованиям Государственного образовательного

стандарта по специальности «Природопользование» утвержденного приказом

Министерства образования РФ 2003 г.

Учебно-методический комплекс включает квалификационную характери-

стику специалиста; компетенции выпускника; рабочую программу дисципли-

ны, технологическую карту учебного процесса; план курса лекций по дисцип-

лине; план лабораторных занятий; методические указания к выполнению лабо-

раторных работ, вопросы к семинарским занятиям; тесты для самопроверки по

дисциплине; рекомендуемую литературу (основную и дополнительную); темы

рефератов, ; контрольные вопросы, выносимые на зачёт; глоссарий.

I. Квалификационная характеристика выпускника

Согласно действующему законодательству РФ эколог - природопользователь

(специальность 020802 – «Природопользование») может занимать следующие

должности, требующие высшего профессионального образования: эколог,

младший научный сотрудник (по рекомендации вуза), инженер (№ 22446), ин-

женер по охране окружающей среды (№ 22656), стажер-исследователь в облас-

ти экологии (№26638), экономист - природопользователь, научный редактор (№

26039), инженер-исследователь (№ 22488) и др.

При условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной

программы педагогического профиля выпускник может занимать должности,

относящиеся к педагогической деятельности в общеобразовательных учрежде-

ниях (должности преподавателя - № 25814, 25813, 25812).

Объектами профессиональной деятельности дипломированного специа-

листа по специальности «020802 - Природопользование» являются научно-

исследовательские и производственные организации географического и смеж-

ных профилей, образовательные учреждения, сфера услуг, а также другие уч-

реждения, требующие специалистов с высшим экологическим образованием.

Эколог – природопользователь должен быть подготовлен:

- к профессиональной деятельности в соответствии с фундаментальной и

специальной подготовкой как научный исследователь;

- к работе в образовательных учреждениях в соответствии полученной до-

полнительной квалификаций «Преподаватель»;

II. Компетенции выпускника

Общие:

- уметь приобретать новые знания, используя современные информационные

образовательные технологии; самостоятельно выполнять научно-

исследовательские проекты; разрабатывать инновации; давать оценку экологи-

ческих ситуаций; решать возникшие проблемы и владеть ситуацией в выбран-

ной области деятельности.

Профессиональные:

- иметь чёткое представление о химическом составе окружающей среды; о

происхождении и эволюции Земли; о закономерностях поведения химических

элементов в биосфере и их фоновом содержании в природных объектах; о их

распространении и экологической роли; о природных экосистемах; о химиче-

ском составе атмосферы, гидросферы, литосферы; о глобальных природных

биогеохимических циклах; о геохимических барьерах; о природных загрязни-

телях, о методах и способах их количественной оценки;

- владеть навыками и методами выполнения количественного химического

анализа при экологических исследованиях гидросферы, атмосферы и литосфе-

ры.

- иметь навыки преподавательской деятельности: владеть теоретическим ма-

териалом по специальности; уметь чётко и ясно излагать учебный материал.

III. Рабочая программа дисциплины

3.1 Пояснительная записка

Химия окружающей среды как одно из новых направлений естествознания,

возникла в 70-х годах двадцатого столетия. Это сравнительно молодая отрасль

науки, которая закладывает естественнонаучную основу экологического обра-

зования, даёт представление о том, как протекают в объектах окружающей сре-

ды естественные физико-химические процессы, и как они проявляются в раз-

личных временных масштабах. Химия окружающей среды базируется на ос-

новных законах и понятиях классической химии применительно к природным

системам, рассматривает механизмы аккумуляции, трансформации и миграции

природных веществ и элементов, даёт возможность, предсказать потенциаль-

ные пути их взаимодействия с чужеродными соединениями, привносимыми в

объекты окружающей среды в результате производственной и бытовой дея-

тельности человека.

Химия окружающей среды включает сведения об эволюции химических

элементов от их возникновения до происхождения органической материи и, в

конечном итоге – жизни, как самого прекрасного, что существует на нашей

планете. В отличие от химической экологии она включает сведения о химиче-

ских процессах во Вселенной и на Земле, об их энергетическом балансе, а так-

же о структуре, свойствах и составе атмосферы, гидросферы и литосферы, в их

естественном состоянии, не отягощенном антропогенным воздействием.

Эти знания необходимы для того, чтобы научиться рациональному природо-

пользованию и умению находить эффективные пути разработки и внедрения

мероприятий по защите природной среды от загрязнений

Предметом химии окружающей среды являются химические процессы и

связи в природных экосистемах, позволяющие прогнозировать их динамику в

естественном состоянии и трансформацию происходящую вследствие внешних

влияний.

В настоящее время в соответствии с государственным образовательным

стандартом высшего профессионального образования, при подготовке дипло-

мированных инженеров-экологов по специальности «Охрана окружающей сре-

ды и рациональное использование природных ресурсов» курс «Химия окру-

жающей среды» является одной из обязательных дисциплин.

Основная цель курса – сформировать у студентов целостную картину мира на

основе фундаментальных представлений о природе, дать систему знаний, уме-

ний и навыков, необходимых и достаточных для развития экологического ми-

ровоззрения, в том числе экологической культуры и экологической компетент-

ности.

Задачи курса:

1. ознакомление с основополагающими химическими принципами, исполь-

зуемыми в химии окружающей среды и их способами их применения в

различных ситуациях глобального и регионального масштабов;

2. формирование базовых сведений о природных химических процессах, на

основе которых можно количественно оценить вмешательство человека в

их естественное протекание;

3. выполнение лабораторного практикума по специальности с целью разви-

тия исследовательских навыков в области количественной химии окру-

жающей среды;

4. развитие навыков познавательной деятельности и самостоятельной рабо-

ты студентов в области выбранной специальности.

Место дисциплины в учебном процессе

«Химия окружающей среды» относится к циклу естественнонаучных дисци-

плин федерального компонента. Курс тесно связан с геологией, геохимией,

биогеохимией, химией, экологией, экологической химией, химической эколо-

гией, физической и медицинской экологией и другими науками. Дисциплина

изучается на 4 курсе, в течение 7 семестра. Формой отчетности является зачёт.

3.2 Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины.

Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины «Химия

окружающей среды» определены образовательным стандартом высшего про-

фессионального образования по специальности 020802 «Природопользование»,

утвержденным ректором ГАГУ в 2009 г.

СД ДС. Ф.4 «Химия окружающей среды»

(60 час по специальности 020802)

Дидактические единицы дисциплины

Химические элементы; образование и эволюция химических элементов; ис-

точники энергии в эволюционных процессах превращения микро- и макромо-

лекул; литосфера, химические процессы, протекающие в литосфере. Геохими-

ческая классификация элементов земной коры. Понятие о кларках элементов и

о кларках концентрации. Педосфера, её глобальные функции и значение. По-

нятие Мировой суши. Гидросфера, химические процессы, протекающие в гид-

росфере и её эволюция, Мировой океан, химический состав поверхностных и

подземных вод. Классификация подземных вод. Эволюция гидросферы, Атмо-

сфера, химический состав и химические процессы, протекающие в атмосфере.

Фотохимические процессы. Аэрозоли, химический состав, механизм образова-

ния и классификация. Фотохимический смог. Озон и его значение. Биогеохи-

мические циклы. Круговорот углерода, Круговорот азота. Осадочные циклы.

Циклы тяжёлых металлов: свинца, цинка, ртути и др. Биосфера - живая оболоч-

ка Земли. Живое вещество. Учение В.И.Вернадского о биосфере, ноосфера.

Концепция ноосферы в современном понимании. Эволюция боигеохимических

циклов.

3.3 Технологическая карта учебного курса

Факультет: географический

Кафедра: геоэкологии и природопользования

Семестр: 7

Аудиторные занятия Тема Всего

часов

Лекции

Семинары Лабора-

торные

Самостоятель-

ная работа

Семестр 7

Химия окружающей

среды

60 10 - 20 30

Форма итогового

контроля

Зачёт

3.4 Содержание учебного курса

Введение

Химия окружающей среды как наука, определение, предмет, цели и задачи

содержание, методология. Место химии окружающей среды в системе естест-

веннонаучных дисциплин. Место химии окружающей среды в системе эколо-

гических наук (экологическая химия, химическая экология, медицинская эколо-

гия, физическая, прикладная экология, агроэкология). Краткая история разви-

тия. Понятие о химических элементах, первичный синтез элементов, эволюция

химических элементов во Вселенной. Эволюция Солнечной системы. Биоэле-

менты, микромолекулы, макромолекулы. Предбиотическая Земля и её эволю-

ция.

Химия литосферы

Структура земной коры, строение литосферы. Сейсмичность и связанные с

ней химические процессы в литосфере. Примитивная литосфера, химический

состав литосферы. Геохимическая классификация элементов их происхождение

и распространённость в земной коре. Биогенные элементы Геохимическая ха-

рактеристика элементов. Кларки и кларки концентрации. Почва как важнейший

компонент литосферы, механический и элементарный состав почв Органиче-

ское вещество (гумус) как важнейший компонент почвы. Глобальные функции

почвы. Эволюция литосферы.

Химия гидросферы

Понятие о гидросфере. Примитивная гидросфера Земли. Химический состав

океанской воды, ресурсы Мирового океана. Способы формирования химиче-

ского состава природных вод. Химический состав поверхностных вод суши,

химический

состав подземных вод. Способы классификации природных вод. Химический

круговорот главных ионов. Растворимость карбонатов и рН подземных и по-

верхностных природных вод. Миграция вещества с природными водами. Роль

воды в жизни человека. Запасы пресной воды. Эволюция гидросферы

Химия атмосферы

Строение атмосферы. Примитивная атмосфера. Химический состав и

строение атмосферы. Устойчивость атмосферы. Солнечное излучение. Особен-

ности химических процессов, протекающих в ионосфере, стратосфере и тропо-

сфере. Химические компоненты атмосферы: Аэрозоли, классификация, меха-

низм образования, химический состав аэрозолей. Роль аэрозоле в биосфере.

Смог. Химические реакции в атмосфере и её защитные свойства. Озон в атмо-

сфере, процессы образования и разрушении. Эволюция атмосферы.

Биосфера - живая оболочка Земли

Биосфера и связанные с ней геологические оболочки. Химическое состав и

строение биосферы Земли и её окружения. Учение В. И. Вернадского о биосфе-

ре. Абиотическая и биотическая составляющие биосферы. Оценка концепций

биохимической эволюции. Биогеохимия человека в окружающей среде. Кон-

цепция ноосферы. Формирование ноосферы и особенности миграции и концен-

трации химических элементов.

Биогеохимические циклы

Общее представление о биогеохимических циклах. Циклы газообразных ве-

ществ: кислорода, углерода, азота. Циклы тяжёлых металлов: свинца, цинка,

ртути в биосфере. Эволюция биогеохимических циклов. Происхождение жизни

и эволюция биогеохимических циклов в различных природных средах.

3.5.Учебный план курса

3.5.1. Распределение учебного материала по часам:

- лекции - 10 часов;

- практические занятия - 20 часов;

- самостоятельная работа – 30 часов.

Всего: 60 часов

Распределение часов, отведённых на изучение курса «химия окружающей сре-

ды» по формам и видам работ приведено в таблице.

3.5.2. Тематика лекций, план, объем в часах

№

п/п

Наименование темы

Содержание темы

Объем в

часах

Лекция 1. Тема:

Предмет, це-

ли,задачи и мето-

дология химии ок-

ружающей среды.

1. Химия окружающей среды как наука, определе-

ние, предмет, цели и задачи, содержание, методоло-

гия

2. Краткая история развития.

3. Понятие о химических элементах.

4. Эволюция химических элементов во Вселенной,

эволюция Солнечной системы.

5. Биоэлементы, микромолекулы, макромолекулы.

6. Предбиотическая Земля и её эволюция

2 Лекция 2. Тема:

Химия литосферы

1. Строение литосферы, примитивная литосфера,

химический состав литосферы.

2. Геохимическая классификация элементов земной

коры.

3. Почва как важнейший компонент литосферы.

4. Органическое вещество (гумус) как важнейший

компонент почвы.

5. Глобальные функции почвы.

6. Эволюция литосферы.

3 Лекция 3. Тема: Хи-

мия гидросферы

1. Понятие о гидросфере. Примитивная гидросфе.

2. Химический состав океанской воды, ресурсы Ми-

рового океана.

3. Химический состав поверхностных вод суши, хи-

мический состав подземных вод

4. Химический круговорот главных ионов. Мигра-

ция вещества с природными водами.

5. Гидротермальные процессы

6. Эволюция гидросферы

Из них № Содержание учебного материала Всего

часов

Лекции Практич. Самост.

1 Введение в химию окружающей среды.

6 2 - 4

2. Химия литосферы 14 2 4 4

3 Химия гидросферы 10 2 4 8

4. Химия атмосферы 10 2 4 4

5. Биосфера - живая оболочка Земли 12 2 4 6

6. Биогеохимические циклы 8 - 4 4

7. Всего 60 10 20 30

4 Лекция 4. Тема: Хи-

мия атмосферы

1 Строение атмосферы. Примитивная атмосфера.

2. Химический состав атмосферы.

3. Химические компоненты атмосферы.

4. Аэрозоли, классификация, механизм образования,

химический состав аэрозолей.

5. Химические реакции в атмосфере и её защитные

свойства

6. Эволюция атмосферы

Лекция 5. Тема:

Биосфера - живая

оболочка Земли. Био-

геохимические циклы.

1. Химическое строение биосферы.

2. Учение В. И. Вернадского о биосфере и концеп-

ция ноосферы.

3. Общее представление о биогеохимических цик-

лах.

4. Биогеохимические циклы кислорода, углерода,

азота, серы. Понятие о биогеохимических циклах

тяжёлых металлов

5. Эволюция биогеохимических циклов.

Итого часов:

3.5.3. Тематика лабораторных занятий, их содержание

и объем в часах.

№

п/п

Коли-

чество

часов

Тема и содержание лабораторного занятия

1 4

Лабораторная работа №1 Тема: Определение гумуса в почве по методу

Тюрина

Теоретические опросы

1.Строение литосферы и структура земной коры.

2. Минералы и горные породы. Магматические породы. Осадочные породы.

Метаморфические горные породы. Понятие кларков.

3. Гипергенез и почвообразование.

4. Механический состав почв. Решение задач.

5. Элементарный состав почв. Решение задач

6. Органические вещества почвы. Классификация.

7. Гумусовые вещества почв

Литература:

Почвы. Методы анализа ГОСТ 26213-84. Определение гумуса в почве по ме-

тоду Тюрина

1. В.Н. Башкин, Н.С Касимов. Биогеохимия. М.: Научный мир,2004.-547 с.

2. В.В. Добровольский. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа,1998.-413 с

3. В.Н. Башкин. Биогеохимия. (Учебное пособие) М.: Научный мир,2004.-

547 с.

4. В.А. Алексеенко Экологическая геохимия, М.: Логос,2000.- 626 с.

5. М.С. Панин. Химическая экология. Семипалатинск, 2002.-852 с.

6. В.В. Добровольский Химия земли. М.: Просвещение1989.-176 с.

2 4

Лабораторная работа №2 Тема: Определение общей жёсткости в пробах

природных вод.

Теоретические вопросы

1. Химический состав природных вод.

2. Способы классификации природных вод.

3. Процессы формирования природных вод. Решение задач.

4. Жёсткость природных вод. Решение задач

5. Растворимость карбонатов и рН подземных и поверхностных вод.

6. Окислительно - восстановительные процессы в гидросфере. Понятие Е

Сульфат-редукция.

7.Различие в химическом составе поверхностных и подземных вод.

Лабораторная работа №3 Тема: Определение рН в природной воде потен-

циометрическим методом

Литература:

1. ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Метод определения общей жёсткости.

2. ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97. Методика выполнения измерений рН в пробах

природных вод. М.: 1997.-18 с.

3. В.Н. Башкин, Н.С Касимов. Биогеохимия. М.: Научный мир,2004.-547 с.

4. В.В. Добровольский. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа,1998.-413

с.

5. Дж. Андруз, П. Бримблекумб, Т. Джикелз, П. Лисс. Введение в химию

окружающей среды. М.: Мир, 1999.-271 с.

3 4

Лабораторная работа №4 Тема: Определение сульфатов в пробах

природной

воды

Теоретические опросы:

1. Миграция химических элементов.

2. Понятие об ионном стоке.

3. Решение задач по теме.

Литература:

1. Методы исследования воды водоёмов. М.: Медицина,1999.- С 21-29.

2. А.С. Степановских. Прикладная зкология. М.: ЮНИТИ, 2003.-739 с.

3. В.В. Добровольский. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа,1998.-

413 с

4. Дж. Андруз, П. Бримблекумб, Т. Джикелз, П. Лисс. Введение в химию

окружающей среды. М.: Мир, 1999.-271 с.

5. Л.Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. М.:Мир, 2005.-290 с.

Лабораторная работа №5 Тема: Определение пыли (взвешенных частиц) в

атмосферном воздухе.

Теоретические опросы:

1 Строение атмосферы. Примитивная атмосфера.

2. Химический состав атмосферы.

3. Химические компоненты атмосферы.

4. Аэрозоли, классификация, механизм образования, химический состав аэро-

золей.

5. Химические реакции в атмосфере и её защитные свойства

Литература:

1.РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М.:

1991.- 693 с.

2. А.С. Степановских. Прикладная зкология. М.: ЮНИТИ, 2003.-739 с.

6. В.В. Добровольский. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа,1998.-

413 с

7. Дж. Андруз, П. Бримблекумб, Т. Джикелз, П. Лисс. Введение в химию

окружающей среды. М.: Мир, 1999.-271 с.

6. Л.Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. М.:Мир, 2005.-290 с..

Семинар. Тема: Биогеохимические циклы

Теоретические опросы:

1. Общее представление о биогеохимических циклах.

2 Циклы газообразных веществ: цикл кислорода

3. Цикл углерода в биосфере, цикл азота в биосфере.

4. Цикл серы в в биосфере.

5. Циклы тяжёлых металлов в биосфере: цикл свинца,

6. Циклы цинка и ртути.

7. Эволюция биогеохимических циклов в различных природных средах.

Литература:

1. А.С. Степановских. Прикладная зкология. М.: ЮНИТИ, 2003.-739 с.

2. В.В. Добровольский. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа,1998.-413 с

3. Дж. Андруз, П. Бримблекумб, Т. Джикелз, П. Лисс. Введение в химию ок-

ружающей среды. М.: Мир, 1999.-271 с.

4. Л.Ф. Голдовская. Химия окружающей среды.

М.:Мир, 2005.-290 с.

IV. Методические указания к проведению лабораторных работ.

Лабораторные работы по химии окружающей среды охватывают основные

разделы программы курса, включая разделы: химия литосферы, химия гидро-

сферы, химия атмосферы.

Лабораторные работы имеют краткие теоретические вступления. При выпол-

нении лабораторных работ студенты знакомятся с измерительными приборами

(фотоколориметром, рН-метром, весами и др.) и некоторыми методами иссле-

дования (титрованием, взвешиванием, измерением потенциала электрода и др.)

Описания работ включают вопросы для самопроверки.

Для выполнения лабораторных работ студенту необходимо ознакомиться с

лабораторным оборудованием, измерительными приборами, а также с техникой

проведения основных лабораторных операций и техникой безопасности.

4.1 Общие правила выполнения лабораторных работ

Поскольку в химической лаборатории находятся электроприборы, газ, ядо-

витые и огнеопасные вещества, студенты должны строго соблюдать правила

внутреннего распорядка и техники безопасности.

Перед каждым лабораторным занятием студент должен изучить соответст-

вующий раздел учебника, конспекты лекций и описание лабораторной работы.

При оформлении отчета по проделанной работе в лабораторном журнале за-

писывают дату, номер, название работы и опыта; конспект теоретического ма-

териала; краткое описание хода опыта и результаты, полученные при его вы-

полнении. При проведении эксперимента необходимо соблюдать следующие

правила:

1. Опыт проводят всегда в чистой посуде.

2. Нельзя выливать избыток реактива из пробирки обратно реактивную

склянку

3. .Сухие соли набирают чистым шпателем или ложечкой, причем избыток

реактива нельзя высыпать обратно в склянку.

4. .Нельзя уносить реактивы общего пользования на свое рабочее место.

5. После опытов остатки металлов в раковину не выбрасывают, а собирают

в банку.

6. Дорогостоящие реактивы (например, остатки солей серебра) собирают в

отдельную посуду.

4.1.1. Техника выполнения лабораторных работ

Мерная химическая посуда.

Мерной называют посуду, применяемую для измерения объемов жидкости.

К ней относятся цилиндры, пипетки, бюретки и мерные колбы. При измерении

объемов необходимо, чтобы глаз наблюдателя находился на одной горизон-

тальной линии с нижним мениском жидкости. Нижний мениск жидкости дол-

жен быть на одном уровне с меткой

Цилиндры применяют в тех случаях, когда измерение объема жидкости не

требует большой точности. Мерные цилиндры - стеклянные сосуды с нанесен-

ными на наружной стенке делениями, указывающими объем в миллилитрах. В

системе СИ объем выражают в кубических метрах или его кратных долях (см

дм

). Мерная посуда градуирована в миллилитрах (мл) или литрах (л) (1 мл со-

ответствует 1 см

; 1 л - 1 дм

). Вместимость цилиндров составляет от 5—10 мл

до 1 л и больше. Чтобы отмерить нужный объем жидкости, ее наливают в мер-

ный цилиндр до тех пор, пока нижний мениск жидкости не достигнет уровня

нужного деления.

Пипетки служат для отмеривания и переноса определенного объема жидкости.

Обычные пипетки представляют собой стеклянные трубки небольшого диамет-

ра с расширением посредине. Нижний конец пипетки слега оттянут, и имеет

диаметр около 1 мм. Пипетки бывают вместимостью от 0,1 до 100 мл. В верх-

ней части пипетки имеется метка, до которой набирают жидкость. Широко

применяют также градуированные пипетки с делениями.

Для наполнения нижний конец пипетки опускают в жидкость до дна сосуда.

С помощью груши набирают жидкость, следя, чтобы кончик пипетки все время

находился в жидкости.

Жидкость набирают так, чтобы она поднялась на 2-3 см выше метки, затем

быстро закрывают верхнее отверстие указательным пальцем, придерживая в то

же время пипетку большим и средним пальцами. Затем ослабляют нажим ука-

зательного пальца, в результате чего жидкость медленно вытекает из пипетки;

как только нижний мениск жидкости опустится до метки, палец снова прижи-

мают. Если на конце пипетки остается капля, ее следует осторожно удалить.

Введя пипетку в сосуд, в который нужно перенести жидкость, отнимают указа-

тельный палец и дают жидкости стечь по стенке сосуда (рис.1). После того как

жидкость стечет, пипетку держат еще несколько секунд прислоненной к стенке

сосуда, слегка поворачивая ее. Выдувать жидкость из пипетки не следует, так

как пипетка отградуирована с учетом оставшейся в ней капли.

Рис. 1. Выливание раствора из пипетки

Бюретки позволяют точно отмерить любой объем жидкости в пределах ее

вместимости. Объемные бюретки представляют собой стеклянные градуиро-

ванные трубки, снабженные притертым краном или стеклянным капилляром,

присоединенным к бюретке с помощью резиновой трубки. Внутрь резиновой

трубки закладывают стеклянную бусину, закрывающую выход жидкости из

бюретки. Для вытекания жидкости резиновую трубку оттягивают от бусины.

Бюретку заполняют жидкостью через воронку, при этом должен быть заполнен

и стеклянный капилляр. Если в капилляре остается пузырек воздуха, резиновую

трубку изгибают так, чтобы кончик капилляра был направлен вверх, и вытес-

няют жидкостью весь воздух (рис. 2).

Рис. 2. Удаление воздуха из капилляра бюретки

Перед началом работы уровень жидкости в бюретке должен быть установлен

на нулевом делении. Для этого наливают жидкость в бюретку на 2-3 см выше

нулевого деления, а затем снимают воронку и сливают избыток жидкости. Уро-

вень объёма прозрачных растворов устанавливают по нижнему краю мениска,

непрозрачных - по верхнему.

При отсчете по бюретке глаз наблюдателя должен находиться в одной плос-

кости с уровнем жидкости

Мерные колбы применяют для приготовления заданного объема раствора.

Они представляют собой плоскодонные сосуды различной вместимости. На

горлышке колбы имеется метка, а на самой колбе указана ее вместимость в

миллилитрах при определенной температуре.

Для приготовления раствора в колбу наливают немного воды, вносят веще-

ство и растворяют его в этой воде. Потом наливают ее на 0,5-1,0 см ниже мет-

ки, после чего доводят до метки, добавляя воду по каплям из пипетки. Затем

плотно закрывают колбу пробкой и тщательно перемешивают раствор, перево-

рачивая колбу несколько раз.

Весы и взвешивание.

Взвешиванием называют сравнение массы данного тела с массой гирь. В

зависимости от точности взвешивания весы разделяют на следующие группы:

- технические для грубого взвешивания (точность до 1 г);

- технические для точного взвешивания (точность до 0,01 г);

- аналитические (точность 10~

- 10~

г);

- специальные (пробирные, торсионные).

Весы для точною взвешивания, так называемые технохимические весы, со-

стоят из коромысла 2 (Рис. 3), на котором укреплены три стальные или агато-

вые призмы: две на концах, обращенные ребром вверх, и одна посередине, об-

ращенная ребром вниз. Коромысло своей средней призмой опирается на по-

душку, укрепленную на центральной колонке весов.

Рис3. Технохимические весы:

1 - балансировочные гайки; 2 -коромысла; 3 - отвес; 4 - чашки; 5 - установочные винты;

6 - шкала; 7 - ручка арретира; 8 - стрелка

Чашки весов 4 посредством серёг подвешены на концевые призмы. Для

определения состояния равновесия служит длинная стрелка 8 и шкала с деле-

ниями 6.

Весы имеют арретир 7, т.е. приспособление, дающее возможность прекра-

щать качания коромысла и связанной с ним стрелки. Арретир приподнимает

коромысло и чашки весов и тем самым освобождает призмы от контакта с пла-

стинками, что предохраняет призмы от преждевременного изнашивания. Нера-

ботающие весы всегда должны быть арретированы. Для взвешивания на техни-

ческих весах применяют стограммовый разновес, представляющий собой набор

граммовых и миллиграммовых гирь-разновесов, расположенных в определен-

ном порядке в гнездах специального ящика

Приступая к взвешиванию, нужно убедиться, что весы правильно установ-

лены. Для этого ручку арретира медленно поворачивают вправо и наблюдают

за качанием стрелки. Если весы установлены правильно, то стрелка отклоняет-

ся от нулевого деления шкалы вправо и влево на одинаковое число делений.

Если отклонение от нулевого деления шкалы в одну сторону больше, чем в

другую, то весы нужно арретировать и обратиться к лаборанту с просьбой отре-

гулировать весы. Вещества взвешивают охлаждёнными до комнатной темпера-

туры. Взвешиваемое вещество помещают на левую чашку весов, а на правую -

разновесы в нисходящем порядке, начиная с самых крупных. Снимать и класть

на чашки весов взвешиваемое вещество и разновесы следует только при арре-

тированных весах.

При взвешивании рекомендуется использовать специальную посуду: часо-

вые стекла, тигли, бюксы. Когда взвешивание закончено, не снимать разновесы

с чашки весов до того, как масса тела будет подсчитана (по пустым гнездам в

ящике). Проверить массу, помещая разновесы обратно в ящик.

Если в одной работе нужно сделать несколько взвешиваний, то необходимо

пользоваться одними и теми же весами и набором разновесов.

Титрование - один из методов определения концентрации, основанный на из-

мерении объемов растворов, вступающих в реакцию веществ. Зная концентра-

цию одного из растворов и их объемы, по закону эквивалентов рассчитывают

концентрацию другого раствора.

Для титрования в бюретку наливают раствор известной концентрации и ус-

танавливают бюретку в рабочее положение. Пипеткой отбирают точный объем

раствора, концентрацию которого надо определить, и переносят его в кониче-

скую колбу. Если конец титрования определяют по индикатору, в колбу добав-

ляют 2-3 капли индикатора. Титрование проводят на фоне белого листа бумаги.

При титровании по каплям приливают раствор с известной концентрацией

из бюретки в колбу с анализируемым раствором, который непрерывно переме-

шивают. Конец титрования устанавливают по изменению цвета индикатора.

Результат титрования (объем раствора, пошедшего на титрование) записывают.

Если результаты двух титрований отличаются друг от друга более чем на 0,1

мл, титрование повторяют.

Фильтрование - процесс механического разделения твердых и жидких компо-

нентов смеси. Сущность фильтрования состоит в том, что жидкость с находя-

щимися в ней частицами твердого вещества пропускают через фильтр, задер-

живающий твердую фазу.

Наиболее распространенными являются бумажные фильтры. Когда целью

фильтрования является выделение твердого осадка, фильтрование проводят че-

рез простой (гладкий) фильтр.

Простой фильтр готовят из квадратного куска фильтровальной бумаги, пе-

регибая его дважды: сначала по одной, а затем по другой пунктирной линии

Образовавшийся малый квадрат обрезают ножницами по дуге с таким расче-

том, чтобы готовый фильтр был на 3-4 мм меньше воронки. Приготовленный

фильтр развертывают в конус и помещают его в воронку так, чтобы он плотно

прилегал к стенкам воронки. Затем воронку помещают в кольцо штатива, под-

ставляют под нее стакан, наливают в воронку немного дистиллированной воды

и дают ей стечь.

При фильтровании, не взмучивая осадка, сливают жидкость по стеклянной

палочке на фильтр. В стакан с осадком вливают небольшое количество чистого

растворителя, перемешивают с осадком и снова осторожно сливают жидкость

по палочке на фильтр. Такая операция называется декантацией. После несколь-

ких декантаций последнюю порцию растворителя перемешивают с осадком и

сливают по палочке на фильтр. Когда вся жидкость стечет, промывают осадок

на фильтре 2-3 раза чистым растворителем. Если целью фильтрования являет-

ся получение жидкости, освобожденной от механических примесей, то приме-

няют складчатый фильтр. Для его изготовления простой фильтр раскрывают и

складывают по радиусу то в одну, то в другую сторону так, чтобы получилась

гармоника, которую расправляют и вставляют в воронку.

При фильтровании сливают взмученную жидкость вместе с осадком

по стеклянной палочке на фильтр.

4.1.2. Измерительные приборы, используемые при выполнении

лабораторных работ

Фотоэлектроколориметр, или фотоколориметр, предназначен для определения

оптической плотности окрашенных растворов.

Если через окрашенный раствор пропускать свет, то часть световой энергии

будет поглощаться молекулами окрашенного вещества. И чем больше в раство-

ре таких молекул, тем больше световой энергии будет поглощено и тем меньше

ее пройдет через раствор.

Логарифм отношения величины падающего светового потока (I

) к величине

светового потока, выходящего из поглощающей среды (I), называется оптиче-

ской плотностью раствора (D):

D = lg --- .

Согласно одному из законов поглощения света - закону Бэра - для одного

и того же вещества при постоянной толщине раствора оптическая плотность

прямо пропорциональна концентрации раствора (с): D=kc.

При работе с прибором следует пользоваться приложенной к нему инструк-

цией.

Измеряя оптическую плотность нескольких растворов с разной, но извест-

ной концентрацией окрашенного вещества, строят калибровочную кривую за-

висимости оптической плотности от концентрации раствора. По калибровочной

кривой можно определить концентрацию раствора, измерив его оптическую

плотность.

Правила работы на фотоэлектроколориметре

1. Налить в кювету исследуемый раствор до метки и протереть торцевые

стенки кюветы фильтровальной бумагой.

2. Кювету с исследуемым раствором поместить в свободную ячейку пра-

вого кюветодержателя и передвижением рукоятки на правой стенке прибора

установить ее на пути светового потока.

3. Перекрыть световые потоки. Для этого рукоятку на верхней панели при-

бора переместить вправо.

4. Установить стрелку микроамперметра на <0> с помощью рукоятки, рас-

положенной на левой стенке прибора.

Установить правый и левый измерительные барабаны отсчета 0—100.

6. Открыть световые потоки - рукоятку на верхней панели переместить

влево.

7. Вращением левого измерительного барабана добиться установки стрелки

микроамперметра на <0>.

8. Передвинуть правый кюветодержатель так, чтобы световой поток прохо-

дил через растворитель.

9. Вращением правого измерительного барабана добиться установки стрелки

микроамперметра на <0>.

10. По шкале правого барабана отсчитать значение оптической плотности

раствора (с точностью до'0,001).

11. Вынуть кювету с раствором, вылить раствор и сполоснуть ее дистилли-

рованной водой.

рН-метр – милливольтметр. рН-метр - милливольтметр предназначен для

определения водородного показателя среды (рН) и окислительно-

восстановительного потенциала электрода.

Действие прибора основано на измерении разности потенциалов (ЭДС) двух

электродов - измерительного и вспомогательного, помещенных в испытуемый

раствор.

В качестве измерительного электрода при определении рН раствора исполь-

зуют стеклянный электрод.

Поверхность стекла является полиэлектролитом, отвечающим формуле

где К – катионы (Na

, K

, Li

, H

При соприкосновении поверхности стеклянного шарика электрода с раство-

ром кислоты на ней происходит реакция ионного обмена:

ст

+ Н

= Н

ст

+ К

Устанавливается ионное равновесие. При этом на границе возникает скачок

потенциала, величина которого зависит от активности ионов водорода:

=Е

+ ------- · ln a

, где

- Е

- равновесный потенциал электрода; Е° - стандартный потенциал электро-

да; R - молярная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль-К); Т - абсолютная

температура; F - постоянная Фарадея, равная 96 484 куонов (96 500 Кл/моль);

- активность ионов водорода.

В качестве вспомогательного электрода обычно применяют проточ-

ный хлорсеребряный электрод

Правила работы на рН-метре

1. Перед каждым погружением электродов в анализируемый раствор

их необходимо тщательно промыть дистиллированной водой и удалить с них

избыток воды фильтровальной бумагой.

2. Переключатели <Виды работ> и <Пределы измерения> установить соот-

ветственно в положения <рН> и <-1-14>.

3. 3Включить прибор в сеть 220 В. При этом на передней панели прибора за-

горается контрольная лампочка.

4. Провести ориентировочное измерение рН, после чего переключить тумб-

лер в положение, соответствующее диапазону измеряемого рН, и провести точ-

ное измерение.

5. После измерения промыть электроды и погрузить их в дистиллированную

воду.

4.2. Рекомендуемые лабораторные работы

4.2.1.Лабораторная работа №1 Тема: Определение гумуса в почве

по методу Тюрина.

Цель работы: определение гумуса в почвах, вскрышных и вмещающих поро-

дах при проведении изыскательских и исследовательских работ.

I. Теоретическая часть

Понятие о почве, ее функции

Одним из важнейших компонентов литосферы является почва (педосфе-

ра). Ее значение весьма велико. Современное почвоведение рассматривает поч-

ву не только как особое естественноисторическое тело, обладающее плодоро-

дием, но и как полифункциональную природную систему, обеспечивающую

циклический характер воспроизводства жизни на суше.

Почву можно рассматривать как планетарный механизм, который благо-

даря сложной системе равновесий регулирует глобальные циклические процес-

сы массообмена химических элементов.

Многочисленные функции почвы можно разделить на экосистемные (био-

геоценотические) и биосферные. Экосистемными являются физические, хими-

ческие, биологические и информационные, обусловленные почвенными свой-

ствами, процессами и режимами.

Экологические функции почв, имеющие отношение к их химическим и

физико-химическим свойствам, обеспечивают поглотительную способность

почв, возможность деструкции и минерализации органических остатков расте-

ний и животных, аккумуляцию биофильных элементов и ферментов.

Биосферных функции почв свидетельствуют об их исключительно важной

роли в биосфере и жизни человека. В начале XX в. В.И. Вернадский отметил,

что «все яснее становится нам значение почвы в биосфере - не только как суб-

страта, на котором живет растительный и животный мир, но как области био-

сферы, где наиболее интенсивно идут разнообразные химические реакции, свя-

занные с живым веществом».

Важнейшм компонентом почвы явллется гумус. Гумус (от лат. humus -

земля, почва) - органическое вещество почвы, образующееся в результате раз-

ложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельно-

сти организмов.