Skaidrs algoritms problēmas risināšanai ķīmijā ir lielisks veids, kā noskaņoties šīs sarežģītās disciplīnas gala pārbaudījumiem. 2017. gadā tika veiktas būtiskas izmaiņas eksāmena struktūrā, no testa pirmās daļas tika izņemti jautājumi ar vienu atbildi. Jautājumi formulēti tā, lai absolvents demonstrētu zināšanas dažādās jomās, piemēram, ķīmijā, un nevarētu vienkārši ielikt “ķeksīti”.
Galvenie izaicinājumi
Maksimālās grūtības absolventiem sagādā jautājumi par organisko savienojumu formulu atvasināšanu, viņi nevar sastādīt algoritmu problēmas risināšanai.
Kā tikt galā ar šādu problēmu? Lai tiktu galā ar piedāvāto uzdevumu, ir svarīgi zināt ķīmijas uzdevumu risināšanas algoritmu.
Tā pati problēma ir raksturīga arī citām akadēmiskajām disciplīnām.
Darbību secība
Visizplatītākās ir savienojuma noteikšanas problēmas pēc zināmiem sadegšanas produktiem, tāpēc mēs piedāvājam apsvērt problēmu risināšanas algoritmu, izmantojot piemērušāda veida vingrinājumi.
1. Dotās vielas molārās masas vērtību nosaka, izmantojot zināmo relatīvo blīvumu kādai gāzei (ja tāda ir piedāvātā uzdevuma stāvoklī).
2. Mēs aprēķinām šajā procesā radušos vielu daudzumu, izmantojot molāro tilpumu gāzveida savienojumam, pēc blīvuma vai masas šķidrām vielām.
3. Mēs aprēķinām visu atomu kvantitatīvās vērtības noteiktās ķīmiskās reakcijas produktos, kā arī aprēķinām katra masu.
4. Mēs apkopojam šīs vērtības, pēc tam salīdzinām iegūto vērtību ar nosacījuma norādīto organiskā savienojuma masu.
5. Ja sākotnējā masa pārsniedz iegūto vērtību, mēs secinām, ka molekulā ir skābeklis.
6. Nosakām tā masu, no dotās organiskā savienojuma masas atņemam visu atomu summu.
6. Atrodiet skābekļa atomu skaitu (molos).
7. Mēs nosakām visu uzdevumā esošo atomu daudzumu attiecību. Mēs iegūstam analizējamās vielas formulu.
8. Mēs veidojam tās molekulāro versiju - molāro masu.
9. Ja tas atšķiras no pirmajā solī iegūtās vērtības, mēs palielinām katra atoma skaitu noteiktu reižu skaitu.
10. Sastādiet vajadzīgās vielas molekulāro formulu.
11. Struktūras definēšana.
12. Norādītā procesa vienādojumu rakstām, izmantojot organisko vielu struktūras.
Piedāvātais problēmas risināšanas algoritms ir piemērots visiem uzdevumiem, kas saistīti ar organiskā savienojuma formulas atvasināšanu. Viņš palīdzēs vidusskolēniemadekvāti tikt galā ar eksāmenu.
1. piemērs
Kam vajadzētu izskatīties algoritmiskai problēmu risināšanai?
Lai atbildētu uz šo jautājumu, šeit ir gatavs paraugs.
Sadedzinot 17,5 g savienojuma, iegūti 28 litri oglekļa dioksīda, kā arī 22,5 ml ūdens tvaiku. Šī savienojuma tvaika blīvums atbilst 3,125 g/l. Ir informācija, ka analizējamā viela veidojas terciārā piesātinātā spirta dehidratācijas laikā. Pamatojoties uz sniegtajiem datiem:
1) veic noteiktus aprēķinus, kas būs nepieciešami, lai atrastu šīs organiskās vielas molekulāro formulu;
2) uzrakstiet tās molekulāro formulu;
3) izveidojiet sākotnējā savienojuma strukturālo skatījumu, unikāli atspoguļojot atomu savienojumu ierosinātajā molekulā.
Uzdevuma dati.
- m (sākuma materiāls)- 17,5 g
- V oglekļa dioksīds-28L
- V ūdens - 22,5 ml
Matemātisko aprēķinu formulas:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Ja vēlaties, ar šo uzdevumu varat tikt galā vairākos veidos.
Pirmais ceļš
1. Nosakiet visu ķīmiskās reakcijas produktu molu skaitu, izmantojot molāro tilpumu.
nCO2=1,25 mol
2. Mēs atklājam pirmā elementa (oglekļa) kvantitatīvo saturu šī procesa produktā.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Aprēķiniet elementa masu.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Nosakiet ūdens tvaiku masu, zinot, ka blīvums ir 1g/ml.
mH2O ir 22,5 g
Mēs atklājam reakcijas produkta (ūdens tvaiku) daudzumu.
n ūdens=1,25 mol
6. Mēs aprēķinām elementa (ūdeņraža) kvantitatīvo saturu reakcijas produktā.
nH=2n (ūdens)=2,5 mol
7. Nosakiet šī elementa masu.
mH=2,5 g
8. Apkoposim elementu masas, lai noteiktu skābekļa atomu klātbūtni (neesamību) molekulā.
mC + mH=1 5 g + 2,5 g=17,5 g
Tas atbilst uzdevuma datiem, tāpēc vēlamajā organiskajā vielā nav skābekļa atomu.
9. Attiecības atrašana.
CH2ir vienkāršākā formula.
10. Aprēķiniet vajadzīgās vielas M, izmantojot blīvumu.
M vielas=70 g/mol.
n-5, viela izskatās šādi: C5H10.
Nosacījums saka, ka vielu iegūst, atūdeņojot spirtu, tāpēc tas ir alkēns.
Otrā iespēja
Apskatīsim citu problēmas risināšanas algoritmu.
1. Zinot, ka šo vielu iegūst, dehidratējot spirtus, secinām, ka tā var piederēt alkēnu klasei.
2. Atrodiet vajadzīgās vielas vērtību M, izmantojot blīvumu.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) savienojumam ir: 12n + 2n.
4. Mēs aprēķinām oglekļa atomu kvantitatīvo vērtību etilēna ogļūdeņraža molekulā.
14 n=70, n=5, tātad molekulārāvielas formula izskatās šādi: C5H10n.
Šīs problēmas dati liecina, ka viela tiek iegūta, dehidratējot terciāro spirtu, tāpēc tā ir alkēns.
Kā izveidot algoritmu problēmas risināšanai? Studentam jāzina, kā iegūt dažādu klašu organisko savienojumu pārstāvjus, piemīt to specifiskās ķīmiskās īpašības.
2. piemērs
Mēģināsim noteikt algoritmu problēmas risināšanai, izmantojot citu piemēru no USE.
Atmosfēras skābeklī pilnībā sadedzinot 22,5 gramus alfa-aminokarbonskābes, bija iespējams savākt 13,44 litrus (N. O.) oglekļa monoksīda (4) un 3,36 l (N. O.) slāpekļa. Atrodiet ieteiktās skābes formulu.
Dati pēc nosacījuma.
- m(aminoskābes) -22,5 g;
- √(oglekļa dioksīds ) -13,44 litri;
- √(slāpeklis) -3, 36 g.
Formulas.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Problēmas risināšanai izmantojam standarta algoritmu.
Atrodiet mijiedarbības produktu kvantitatīvo vērtību.
(slāpeklis)=0,15 mol.Pierakstiet ķīmisko vienādojumu (mēs izmantojam vispārīgo formulu). Tālāk, atbilstoši reakcijai, zinot vielas daudzumu, mēs aprēķinām aminokarbonskābes molu skaitu:
x - 0,3 mol.
Aprēķiniet aminokarbonskābes molāro masu.
M(sākumviela )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Aprēķiniet oriģināla molāro masuaminokarbonskābe, izmantojot elementu relatīvās atommasas.
M(aminoskābes )=(R+74) g/mol.
Matemātiski nosakiet ogļūdeņraža radikāli.
R + 74=75, R=75–74=1.
Izvēloties, identificējam ogļūdeņraža radikāļa variantu, pierakstām vēlamās aminokarbonskābes formulu, formulējam atbildi.
Līdz ar to šajā gadījumā ir tikai ūdeņraža atoms, tāpēc mums ir formula CH2NH2COOH (glicīns).
Atbilde: CH2NH2COOH.
Alternatīvs risinājums
Otrais problēmas risināšanas algoritms ir šāds.
Mēs aprēķinām reakcijas produktu kvantitatīvo izteiksmi, izmantojot molārā tilpuma vērtību.
(oglekļa dioksīds )=0,6 mol.Mēs pierakstām ķīmisko procesu, bruņojoties ar šīs savienojumu klases vispārīgo formulu. Mēs aprēķinām ņemtās aminokarbonskābes molu skaitu pēc vienādojuma:
x=0,62/in=1,2 /mol
Pēc tam mēs aprēķinām aminokarbonskābes molāro masu:
M=75 g/mol.
Izmantojot elementu relatīvās atommasas, mēs atrodam aminokarbonskābes molāro masu:
M(aminoskābes )=(R + 74) g/mol.
Izlīdziniet molmasas, pēc tam atrisiniet vienādojumu, nosakiet radikāļa vērtību:
R + 74=75 V, R=75 V - 74=1 (ņemiet v=1).
Izmantojot atlasi, tiek secināts, ka nav ogļūdeņraža radikāļu, tāpēc vēlamā aminoskābe ir glicīns.
Līdz ar to R=H, mēs iegūstam formulu CH2NH2COOH(glicīns).
Atbilde: CH2NH2COOH.
Šāda uzdevumu risināšana pēc algoritma metodes iespējama tikai tad, ja skolēnam ir pietiekamas matemātikas pamatiemaņas.
Programmēšana
Kā šeit izskatās algoritmi? Informātikas un datortehnoloģiju problēmu risināšanas piemēri prasa skaidru darbību secību.
Pārkāpjot pasūtījumu, rodas dažādas sistēmas kļūdas, kas neļauj algoritmam pilnvērtīgi funkcionēt. Programmas izstrāde, izmantojot objektorientētu programmēšanu, sastāv no diviem posmiem:
- grafiskā lietotāja saskarnes izveide vizuālajā režīmā;
- koda izstrāde.
Šī pieeja ievērojami vienkāršo programmēšanas problēmu risināšanas algoritmu.
Manuāli ir gandrīz neiespējami vadīt šo laikietilpīgo procesu.
Secinājums
Tālāk ir parādīts standarta algoritms izgudrojuma problēmu risināšanai.
Šī ir precīza un saprotama darbību secība. To veidojot, ir nepieciešams, lai piederētu uzdevuma sākuma dati, aprakstītā objekta sākuma stāvoklis.
Lai izceltu algoritmu uzdevumu risināšanas posmus, svarīgi noteikt darba mērķi, izcelt komandu sistēmu, ko izpildīs izpildītājs.
Izveidotajam algoritmam ir jābūtjābūt noteiktai rekvizītu kopai:
- diskrētība (sadalījums pakāpēs);
- unikalitāte (katrai darbībai ir viens risinājums);
- konceptuāls;
- performance.
Daudzi algoritmi ir masīvi, tas ir, tos var izmantot daudzu līdzīgu uzdevumu risināšanai.
Programmēšanas valoda ir īpašs datu un algoritmisko struktūru rakstīšanas noteikumu kopums. Pašlaik to izmanto visās zinātnes jomās. Tās svarīgais aspekts ir ātrums. Ja algoritms ir lēns, negarantē racionālu un ātru atbildi, tas tiek atgriezts pārskatīšanai.
Dažu uzdevumu izpildes laiku nosaka ne tikai ievaddatu lielums, bet arī citi faktori. Piemēram, algoritms ievērojama skaita veselu skaitļu kārtošanai ir vienkāršāks un ātrāks, ja ir veikta iepriekšēja kārtošana.
