学科介绍

普通化学


作者: 北京大学化学基础实验教学中心    发布时间: 11-6-6


     

普通化学实验A课程简介

普通化学实验A是为北京大学化学与分子工程学院、环境学院环境科学专业及元培计划班化生方向新生设置的主干基础课,是以训练学生正确掌握化学实验的基本方法和基本技能为目的的课程。它既是独立的课程,又与相应的理论课"普通化学"相互配合,也是连接高中与大学化学实验课程的桥梁。

化学是一门以实验为主的学科。普通化学实验是化学类本科生进入大学所接触的第一门实验课,也是后续实验课程的基础。从内容上讲,除了化学实验的基本技能训练外,还涉及分析化学、无机化学和物理化学等实验课的一些基础部分,如:常用物理化学常数的测定;化学四大平衡的基础实验;简单无机化合物制备、分离和提纯的基本方法;元素及其化合物的基本性质,等等。目的在于让学生了解大学化学实验的特点,培养学生良好的实验作风和严谨的科学态度,同时也注重引导学生将实验中所获得的感性认识与所学理论知识进行关联,努力培养学生独立分析问题及解决问题的能力,并且进一步培养学生对化学这门基础学科的兴趣。

本课程从最基本的实验操作,如:玻璃仪器的洗涤和干燥、不同性状的化学试剂及其取用、基本度量仪器使用等入手,循序渐进,使学生打下了一个良好的实验功底。配合普通化学课程中的化学热力学和动力学部分,开设弱酸电离常数、化学反应速率常数、气体常数等基本物理化学常数测定的实验,目的是增强同学的感性认识,学习一些化学实验中常用的基本操作,并学习使用实验室常用的简单仪器如天平、pH计等。通过简单无机化合物制备、分离与鉴定的实验,对已学过的基本操作进行综合练习,并引入新的实验技能与手段。通过试管反应及系统分析,了解常见元素及化合物的性质,应用"四大平衡"关系,定量地分析反应的平衡与转化。

普通化学实验内容分为主体内容和开放内容两大部分。主体内容为课程要求学时内所开的实验,共75学时;开放内容66学时,作为选作实验,供学生在业余时间自由选择,扩大知识面,开阔视野,提高对化学的学习兴趣。

一、课程基本信息

  • 课程名称:普通化学实验
  • 课程编号:01034320(新课号:CHE-0-002)
  • 总学时:75
  • 学分:2.5
  • 授课对象:大学一年级本科生
  • 学生来源院系有:化学与分子工程学院、环境科学与工程学院、城市与环境学院、元培学院
  • 开课时间:秋季学期
  • 先修课程:无

二、教学团队

主讲教师:李维红 副教授、张亚文 教授


 

李维红:
1989,北京大学理学学士
1992,北京大学理学硕士
1995,北京大学理学博士
1995.7 留校任教
1999-2001,德国Bayreuth大学,访问学者
张亚文:
1988,北京大学理学学士
1994,北京大学理学硕士
1997,北京大学理学博士
2006-2008,美国加大伯克利分校化学系/劳伦斯伯克力国家实验室,访问学者
2010年获国家杰出青年

实验教学主要由化学学院研究生助教和青年教师承担,主讲教师负责课程内容、教学进度的安排和集体备课,以及开课期间在各实验室的巡视工作。教学团队年轻化,充满活力。


 

三、教学大纲


 

(一)基本目的


 

普通化学实验是大学化学系一年级学生的必修课,是整个化学实验教学的基础。普通化学实验课的主要目的是使学生正确掌握化学实验的基本方法和技能,了解科学研究的基本思想方法,学会正确记录实验现象和数据,培养良好的实验习惯,树立化学实验的安全意识。在实验过程中巩固和加深对所学理论知识的理解,并运用所学理论知识对实验现象进行分析、推理和联想。注重在学习的过程中体会怀疑、探索、实证、创新、协作等科学精神的重要性,提高学生的综合素质。


 

(二)对学生的基本要求


 

1.安全

  1. (1)在实验课上必须穿实验服,佩戴防护眼镜。实验服请自行购买,防护眼镜由实验室提供,用后归还。
  2. (2)不允许穿拖鞋、旱冰鞋进入实验室。
  3. (3)实验过程中请将过肩长发束起,因为披散的长发可能会接触到化学试剂或天然气灯的火焰,对身体造成伤害。
  4. (4)实验过程中请勿佩戴隐形眼镜,因为有些化学溶剂可能会与隐形眼镜作用,进而损害眼睛。
  5. (5)请尽早熟悉实验室的水、电、气的开关位置,熟悉紧急喷淋器和洗眼器的使用方法。
  6. (6)实验室内禁止吸烟、饮食。实验结束时请洗净双手后离开实验室。
  7. (7)请将废弃试剂倒入指定的回收容器中。
  8. (8)在安全方面有任何疑问,请及时询问TA或主管教师。

2.纪律

  1. (1)请提前5分钟进入实验室。迟到15分钟以上者,该次实验成绩按零分计。
  2. (2)实验室内不允许使用手机、MP3/4、随身听等通讯、音响设备。如有违反规定且不听劝告的行为,该次实验成绩按零分计。
  3. (3)病假须有医院的有效病假条;事假须在课前向主讲教师提供有年级主任或学工部负责人签字的书面说明。
  4. (4)无故旷课按学校相关规定处理。
  5. (5)本课程不提供补做实验的时间,本学期未做实验(包括请假和无故旷课)的学时超过总学时25%时,请办理缓修手续,本学期将无法获得成绩。
  6. (6)公共物品或试剂,用后应及时物归原位。


 

(三)教学过程中对学生的考查


 

本课程主要从实验预习、实验过程、实验报告及课堂讨论等方面对同学进行考察。要求同学将预习报告、实验记录、实验报告合为一体,写到专用的"实验记录本"上。每次实验结束后,学生须由任课教师确认已完成所有实验内容,审阅实验记录本并在上面签字后方可离开实验室。

1.实验预习

实验前要充分预习,明确实验目的和要求,了解实验内容、方法和基本原理,熟悉实验步骤,查阅必在的文献资料,对所使用的仪器、试剂、进行实验的顺序做到心中有数。在预习的基础上写出预习报告,其内容主要包括:实验名称;简明扼要的实验目的和原理;实验内容及步骤(对于制备实验和常数测定实验要求写出实验步骤,设计好数据记录表格;对于元素性质实验,要求设计好包括实验内容、现象、反应方程式、解释、备注等项目在内的表格);并回答思考题。另外,还需通过查阅书籍和文献,对实验中的讨论题涉及的内容进行思考,提出自己的想法,以备在课堂上进行交流讨论。预习的好坏对实验效果及实验顺利与否影响很大。因此,对未预习的学生,必须首先预习,尔后经教师同意,方能进行实验。

2.实验过程

实验请参照预习报告进行。实验中要仔细观察现象,并将实验现象、数据等填写在预习报告写好的表格中。养成边做实验边观察记录的习惯,尊重实验事实,如实记录实验现象及数据。记录本不得撕页,不得在记录本以外任何地方记录数据。实验记录要准确、整齐、清楚,不得使用铅笔和红色笔做记录,不得随意涂改实验记录,如某个数据或现象确为误记,可用笔轻轻圈去,并简单注明理由,便于检查。

3.实验报告

每次实验完成后,要求写出实验报告。实验报告要求文字清楚整齐,语言简单明确。实验报告是在预习报告和实验记录的基础上整理而成。报告的内容包括:实验目的和原理、实验装置示意图、实验内容、原始数据和现象记录、对实验现象和结果的分析和解释、有关反应方程式、数据处理和作图以及对所做实验的小结、实验中存在的问题进行讨论、改进意见等。

4.课堂讨论

交流和讨论是社会活动(包括科学研究)中非常重要的环节,优美的书面表达能力和清晰并富有逻辑性的口头表达能力是需要培养并在社会中广泛运用的能力。课堂讨论主要围绕课后的讨论题展开,也可讨论实验中遇到的其它问题,目的在于培养同学学会正确表达自己的观点,拓展实验相关领域的知识。在讨论过程中同学还应学会用实验事实证实自己的观点并说服别人,在相互交流中取长补短。课堂讨论的内容应整理后写在实验报告中。


 

(四)内容提要


 

周次 实验名称 内容
1 绪论:课程和实验室基本情况介绍 清点个人实验柜内的所有仪器;清洗玻璃仪器,熟悉仪器的洗涤方法;了解天然气灯的构造,学习正确使用天然气灯。
2 清点仪器及基本操作
铜的反应循环
以试剂级铜粉为起始物,通过一系列的反应循环,最终获得近100%Cu粉回收率。通过实验了解与铜有关的化学反应;练习化学实验的基本操作,如固液分离、洗涤、蒸发等。
3 提纯氯化钠
 
以粗盐为起始原料,通过提纯得到试剂级氯化钠。学习分离提纯的基本操作(过滤、蒸发与浓缩);学习与提纯有关的中间控制检验;了解有关离子的性质。
4 醋酸电离常数的测定
 
测定醋酸的电离常数。掌握弱电解质电离平衡的原理;练习溶液的配制和酸碱滴定操作;学习使用酸度计。
5 电解法测定阿佛加德罗常数及气体常数
 
用电解法测定阿佛加德罗常数及气体常数,了解这一方法的原理。熟悉分压概念,掌握理想气体公式的应用;练习测量气体体积的操作;练习万分之一电子天平的使用。
6 酸碱及沉淀溶解平衡
 
了解酸碱平衡原理以及影响平衡移动的因素;配制缓冲溶液并了解其性质;试验沉淀的生成、完全及转化条件;掌握指示剂及pH试纸的使用,学习离心分离操作。
7 元素性质:卤素、氧、硫
 
试验、比较、掌握卤素的氧化性和卤离子的还原性;试验氟化氢对对玻璃的腐蚀作用;掌握水溶液中卤离子的分离检出方法。
通过实验进一步认识、掌握具体化合物的性质:如过氧化氢的氧化还原性、不稳定性及过氧键的转移;硫化氢的还原性;硫代硫酸的还原性、不稳定性及络合性;过二硫酸盐的氧化性,等等;掌握分离检出水溶液中S2-、SO32-、S2O32-的方法。
通过实验总结物质氧化还原性方面的规律:一般地,处于高氧化态的物质往往具有氧化性,处于低氧化态的物质往往具有还原性,而处中间氧化态的物质既具有氧化性又具有还原性。
8 硫酸亚铁铵的制备(操作考核)
期中总结
制备复盐硫酸亚铁铵,了解复盐的特性。学习无机制备中的基本操作(液体的加热、减压过滤(包括热过滤)、溶液的蒸发与浓缩、倾析分离、重结晶等);检验产品中Fe(III)杂质,确定产品的等级。
对所学的化学实验基本操作进行考查,如天然气灯的使用、天平的使用、移液管及滴定管的洗涤与使用、离心分离、过滤、沉淀的洗涤、蒸发浓缩,等等。
教师对前一阶段所涉及的化学实验基本操作和相关知识进行总结。
9 元素性质:氮、磷
模型制作
 
试验亚硝酸盐的氧化还原性;了解磷酸酐、偏磷酸、正磷酸的生成及性质;掌握铵离子、硝酸根、亚硝酸根、偏磷酸根、正磷酸根、焦磷酸根鉴定反应的条件与现象,掌握偏磷酸根、正磷酸根、焦磷酸根的区别方法。
用球棍模具制作硫的氧化物及某些含氧酸根、P4、磷的氧化物及某些含氧酸根的模型,进一步了解其结构特点。
10 阴离子未知液的分析
 
了解分离检出11 种常见阴离子的方法、步骤和条件;熟悉常见阴离子的有关性质;检出未知溶液中的阴离子。
11 氧化还原
元素性质:铬、锰
 
了解标准电极电势的定义和Nernst方程式的应用;了解氧化还原反应和电极电势的关系;试验浓度对氧化还原反应的影响;试验催化剂对氧化还原反应速率的影响。
了解铬的常见氧化态及其颜色和存在状态,掌握其相应的转化条件;了解锰的常见氧化态及其颜色、存在状态及性质;运用"四大平衡"原理,特别是氧化还原反应知识及电极电势来解释实验现象。
12 草酸亚铁的制备及化学式的测定
 
以硫酸来铁铵和草酸为原料制备草酸亚铁,学习对反应条件的控制。用高锰酸钾滴定的方法测定草酸亚铁的化学式,了解氧化还原滴定的原理,练习滴定操作。
13 元素性质:铜、银、锌、镉
 
试验铜、银、锌、镉的氢氧化物(氧化物)、氨合物及硫化物的生成和性质。试验铜、银化合物的氧化还原性。
14 配合物
元素性质:铁、钴、镍
 
比较配离子与简单离子的性质;比较配离子的稳定性;试验酸碱平衡、沉淀平衡、氧化还原平衡与配合平衡的相互影响,掌握运用多重平衡常数和反应物浓度的变化来分析理解化学平衡和平衡的移动。
试验铁、钴、镍配合物的生成和性质。
 
15 实验笔试 全体学生的笔试时间由教师统一安排,笔试成绩占总成绩的10%。


 

(五)教学方式


 

按实验室授课,每实验室16-18位学生,由一名研究生助教授课。在上课期间有主讲教师巡视。


 

(六)推荐教材或参考书/参考资料


 

  • 北京大学化学系普通化学教研室编,普通化学实验(第二版),北京大学出版社,2004.
  • 华彤文,陈景祖等编著,普通化学原理(第三版),北京大学出版社,2005.
  • 严宣申,王长富编著,普通无机化学(第二版),北京大学出版社,1999.
  • 常文保,李克安编,简明分析化学手册,北京大学出版社,1981.
  • 大学化学实验改革课题组编,大学化学新实验,浙江大学出版社,1990.


 

(七)学生成绩评定方法


 

学生期末成绩由平时实验成绩(85%)、操作考核成绩(5%)和实验笔试成绩(10%)决定。平时实验成绩由每次实验的成绩平均后得出。每次实验成绩按预习(包括回答思考题)20%、实验操作40%、实验报告(包括实验结果及讨论)30%、课堂讨论10%。如有违反纪律、不符合实验室安全卫生的行为另行扣分。


 

四、交流平台


实验课BBS: http://ecc.pku.edu.cn/bbs/list.action
教师FTP: ftp://ftp.chem.pku.edu.cn/liweihong
 

五、主讲教师联系方式


李维红:
办公室: 化学楼 D102
电话: 62751238
E-mail: Weihong.Li@pku.edu.cn

张亚文:
办公室: 化学楼 A707
电话: 62754179
E-mail: ywzhang@pku.edu.cn


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