A kémiai probléma megoldásának egyértelmű algoritmusa nagyszerű módja annak, hogy ráhangolódjon a végső tesztekre ebben az összetett tudományágban. 2017-ben jelentős változások történtek a vizsga felépítésében, a teszt első részéből kikerültek az egyválaszos kérdések. A kérdések megfogalmazása úgy van megadva, hogy a végzős különböző területeken – például kémiából – bizonyítson tudást, és ne tudjon egyszerűen „pipát” tenni.
Fő kihívások
A végzősök számára a legnagyobb nehézséget a szerves vegyületek képleteinek levezetésével kapcsolatos kérdések jelentik, nem tudnak algoritmust összeállítani a probléma megoldására.
Hogyan lehet kezelni egy ilyen problémát? A javasolt feladattal való megbirkózás érdekében fontos ismerni a kémiai feladatok megoldásának algoritmusát.
Ugyanez a probléma más tudományos tudományágakra is jellemző.
Műveletek sorrendje
A leggyakrabban a vegyület ismert égéstermékek alapján történő meghatározásával kapcsolatos problémák merülnek fel, ezért javasoljuk, hogy vizsgáljuk meg a problémák megoldásának algoritmusát egy példa segítségével.ez a fajta gyakorlat.
1. Egy adott anyag moláris tömegének értékét valamilyen gáz ismert relatív sűrűségének felhasználásával határozzuk meg (ha jelen van a javasolt feladat körülményei között).
2. Az ebben a folyamatban képződő anyagok mennyiségét gáznemű vegyületnél a moláris térfogaton, folyékony anyagoknál a sűrűségen vagy tömegen keresztül számítjuk ki.
3. Kiszámoljuk egy adott kémiai reakció termékében lévő összes atom mennyiségi értékét, és kiszámítjuk mindegyikük tömegét is.
4. Ezeket az értékeket összegezzük, majd a kapott értéket összehasonlítjuk a feltétel által megadott szerves vegyület tömegével.
5. Ha a kezdeti tömeg meghaladja a kapott értéket, akkor arra a következtetésre jutunk, hogy oxigén van jelen a molekulában.
6. Meghatározzuk a tömegét, ehhez kivonjuk a szerves vegyület adott tömegéből az összes atom összegét.
6. Határozza meg az oxigénatomok számát (mólokban).
7. Meghatározzuk a feladatban jelenlévő összes atom mennyiségének arányát. Megkapjuk az analit képletét.
8. Megalkotjuk a molekuláris változatát, a moláris tömeget.
9. Ha eltér az első lépésben kapott értéktől, akkor az egyes atomok számát bizonyos számú alkalommal növeljük.
10. Állítsa össze a kívánt anyag molekulaképletét.
11. A szerkezet meghatározása.
12. A jelzett folyamat egyenletét a szerves anyagok szerkezetének felhasználásával írjuk fel.
A probléma megoldására javasolt algoritmus alkalmas minden olyan feladatra, amely egy szerves vegyület képletének levezetésével kapcsolatos. Segíteni fog a középiskolásoknakmegfelelően megbirkózni a vizsgával.
1. példa
Hogyan nézzen ki az algoritmikus problémamegoldás?
A kérdés megválaszolásához itt van egy kész minta.
17,5 g vegyület elégetésekor 28 liter szén-dioxid, valamint 22,5 ml vízgőz keletkezett. Ennek a vegyületnek a gőzsűrűsége 3,125 g/l-nek felel meg. Információk szerint az analit a tercier telített alkohol dehidratációja során képződik. A megadott adatok alapján:
1) végezzen el bizonyos számításokat, amelyek szükségesek lesznek ennek a szerves anyagnak a molekulaképletének meghatározásához;
2) írja le a molekulaképletét;
3) készítsen szerkezeti képet az eredeti vegyületről, egyedi módon tükrözve az atomok kapcsolatát a javasolt molekulában.
Feladatadatok.
- m (kiindulási anyag)- 17,5 g
- V szén-dioxid-28L
- V víz - 22,5 ml
Képletek a matematikai számításokhoz:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Ha kívánja, többféleképpen is megbirkózik ezzel a feladattal.
Első út
1. Határozza meg a kémiai reakció összes termékének mólszámát a moláris térfogat segítségével.
nCO2=1,25 mol
2. Felfedjük ennek a folyamatnak a termékében az első elem (szén) mennyiségi tartalmát.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Számítsa ki az elem tömegét.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Határozza meg a vízgőz tömegét, tudva, hogy a sűrűsége 1g/ml.
mH2O 22,5 g
Felfedjük a reakciótermék (vízgőz) mennyiségét.
n víz=1,25 mol
6. Kiszámoljuk a reakciótermékben lévő elem (hidrogén) mennyiségi tartalmát.
nH=2n (víz)=2,5 mol
7. Határozza meg ennek az elemnek a tömegét.
mH=2,5 g
8. Foglaljuk össze az elemek tömegét, hogy meghatározzuk az oxigénatomok jelenlétét (hiányát) a molekulában.
mC + mH=1 5 g + 2,5 g=17,5 g
Ez megfelel a feladat adatainak, ezért a kívánt szerves anyagban nincsenek oxigénatomok.
9. Az arány megkeresése.
CH2a legegyszerűbb képlet.
10. Számítsa ki a kívánt anyag M értékét a sűrűség segítségével.
M anyag=70 g/mol.
n-5, az anyag így néz ki: C5H10.
A feltétel szerint az anyagot alkohol dehidratálásával nyerik, ezért alkén.
Második lehetőség
Vegyünk egy másik algoritmust a probléma megoldására.
1. Tudva, hogy ezt az anyagot alkoholok dehidratálásával nyerik, arra a következtetésre jutottunk, hogy az alkének osztályába tartozhat.
2. Keresse meg a kívánt anyag M értékét a sűrűség segítségével.
M in=70 g/mol.
3. Egy vegyület M (g/mol) értéke: 12n + 2n.
4. Kiszámoljuk a szénatomok mennyiségi értékét egy etilén szénhidrogén molekulában.
14 n=70, n=5, tehát a molekulárisegy anyag képlete így néz ki: C5H10n.
A probléma adatai szerint az anyagot egy tercier alkohol dehidratálásával nyerik, ezért ez egy alkén.
Hogyan készítsünk algoritmust egy probléma megoldására? A tanulónak tudnia kell a szerves vegyületek különböző osztályainak képviselőinek beszerzését, ismernie kell azok specifikus kémiai tulajdonságait.
2. példa
Próbáljunk meg egy algoritmust a probléma megoldására egy másik példa segítségével a USE.
22,5 gramm alfa-amino-karbonsav légköri oxigénben történő teljes elégetésével 13,44 liter (N. O.) szén-monoxid (4) és 3,36 liter (N. O.) nitrogén gyűjthető össze. Keresse meg a javasolt sav képletét.
Adatok feltétel szerint.
- m(aminosavak) -22,5 g;
- √(szén-dioxid ) -13,44 liter;
- √(nitrogén) -3, 36 év.
Képletek.
- m=Mn;
- √=√ mn.
A probléma megoldásához a szabványos algoritmust használjuk.
Keresse meg az interakciós termékek mennyiségi értékét.
(nitrogén)=0,15 mol.Írja fel a kémiai egyenletet (az általános képletet alkalmazzuk). Továbbá a reakció szerint, az anyag mennyiségének ismeretében, kiszámítjuk az aminokarbonsav móljainak számát:
x - 0,3 mol.
Számítsa ki egy aminokarbonsav moláris tömegét.
M(kiindulási anyag )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Számítsa ki az eredeti moláris tömegétaminokarbonsav az elemek relatív atomtömegének felhasználásával.
M(aminosavak )=(R+74) g/mol.
Határozza meg matematikailag a szénhidrogéngyököt.
R + 74=75, R=75-74=1.
A kiválasztással azonosítjuk a szénhidrogén gyök változatát, felírjuk a kívánt aminokarbonsav képletét, megfogalmazzuk a választ.
Ennek következtében ebben az esetben csak egy hidrogénatom van, így a CH2NH2COOH (glicin) képletet kapjuk.
Válasz: CH2NH2COOH.
Alternatív megoldás
A probléma megoldásának második algoritmusa a következő.
A reakciótermékek mennyiségi kifejezését a moláris térfogat értékével számítjuk ki.
(szén-dioxid )=0,6 mol.A vegyületcsoport általános képletével felírjuk a kémiai folyamatot. Az egyenlet alapján kiszámítjuk a felvett aminokarbonsav mólszámát:
x=0,62/in=1,2 /mol
Ezután kiszámítjuk az aminokarbonsav moláris tömegét:
M=75 g/mol.
Az elemek relatív atomtömegének felhasználásával meghatározzuk az aminokarbonsav moláris tömegét:
M(aminosavak )=(R + 74) g/mol.
Egyenítse ki a moláris tömegeket, majd oldja meg az egyenletet, határozza meg a gyök értékét:
R + 74=75 V, R=75 V - 74=1 (v=1).
A kiválasztás során arra a következtetésre jut, hogy nincs szénhidrogén gyök, ezért a kívánt aminosav a glicin.
Következésképpen R=H, a CH2NH2COOH képletet kapjuk(glicin).
Válasz: CH2NH2COOH.
Ilyen algoritmusos problémamegoldás csak akkor lehetséges, ha a tanuló megfelelő alapvető matematikai készségekkel rendelkezik.
Programozás
Hogy néznek ki itt az algoritmusok? Az informatikai és számítástechnikai problémák megoldásának példái világos műveletsort igényelnek.
A sorrend megsértése esetén különféle rendszerhibák lépnek fel, amelyek nem teszik lehetővé az algoritmus teljes körű működését. Egy program fejlesztése objektum-orientált programozással két lépésből áll:
- grafikus felhasználói felület létrehozása vizuális módban;
- kódfejlesztés.
Ez a megközelítés nagyban leegyszerűsíti a programozási problémák megoldásának algoritmusát.
Manuálisan szinte lehetetlen kezelni ezt az időigényes folyamatot.
Következtetés
A feltalálói problémák megoldásának szabványos algoritmusát az alábbiakban mutatjuk be.
Ez egy precíz és érthető műveletsor. Létrehozásakor birtokolni kell a feladat kezdeti adatait, a leírt objektum kezdeti állapotát.
Az algoritmusok feladatmegoldásának szakaszainak kiemeléséhez fontos a munka céljának meghatározása, a végrehajtó által végrehajtandó parancsrendszer kiemelése.
A létrehozott algoritmusnak kella tulajdonságok meghatározott halmaza legyen:
- diszkrétség (lépésekre bontás);
- egyediség (minden cselekvésnek van egy megoldása);
- koncepcionális;
- teljesítmény.
Sok algoritmus masszív, vagyis sok hasonló feladat megoldására használható.
A programozási nyelv egy speciális szabálykészlet az adatok és az algoritmikus struktúrák írására. Jelenleg minden tudományterületen alkalmazzák. Fontos szempont a gyorsaság. Ha az algoritmus lassú, nem garantálja a racionális és gyors választ, akkor visszaküldi felülvizsgálatra.
Egyes feladatok végrehajtási idejét nem csak a bemeneti adatok mérete határozza meg, hanem más tényezők is. Például a jelentős számú egész szám rendezésének algoritmusa egyszerűbb és gyorsabb, feltéve, hogy az előzetes rendezést elvégezték.
