En klar algoritme for å løse et problem i kjemi er en fin måte å stille inn på avsluttende tester i denne komplekse disiplinen. I 2017 ble det gjort betydelige endringer i strukturen på eksamen, spørsmål med ett svar ble fjernet fra første del av testen. Spørsmålenes ordlyd er gitt på en slik måte at kandidaten viser kunnskap innen ulike områder, for eksempel kjemi, og ikke bare kan sette et kryss.
Hovedutfordringer
Maksimal vanskelighetsgrad for nyutdannede er spørsmål om utledning av formler for organiske forbindelser, de kan ikke komponere en algoritme for å løse problemet.
Hvordan håndtere et slikt problem? For å takle den foreslåtte oppgaven er det viktig å kjenne til algoritmen for å løse problemer i kjemi.
Det samme problemet er typisk for andre akademiske disipliner.
Handlingssekvens
De vanligste er problemene med å bestemme forbindelsen ved kjente forbrenningsprodukter, så vi foreslår å vurdere algoritmen for å løse problemer ved å bruke et eksempeldenne typen trening.
1. Verdien av molmassen til et gitt stoff bestemmes ved å bruke den kjente relative tettheten for en eller annen gass (hvis tilstede i tilstanden til den foreslåtte oppgaven).
2. Vi beregner mengden stoffer som dannes i denne prosessen gjennom molvolumet for en gassformig forbindelse, gjennom tettheten eller massen for flytende stoffer.
3. Vi beregner de kvantitative verdiene for alle atomer i produktene av en gitt kjemisk reaksjon, og beregner også massen til hver.
4. Vi oppsummerer disse verdiene, og sammenligner deretter den oppnådde verdien med massen til den organiske forbindelsen gitt av betingelsen.
5. Hvis startmassen overstiger den oppnådde verdien, konkluderer vi med at oksygen er tilstede i molekylet.
6. Vi bestemmer massen, trekker fra den gitte massen til den organiske forbindelsen summen av alle atomer.
6. Finn antall oksygenatomer (i mol).
7. Vi bestemmer forholdet mellom mengdene av alle atomer som er tilstede i problemet. Vi får formelen til analytten.
8. Vi komponerer dens molekylære versjon, den molare massen.
9. Hvis den er forskjellig fra verdien oppnådd i det første trinnet, øker vi antallet av hvert atom med et visst antall ganger.
10. Komponer molekylformelen for det ønskede stoffet.
11. Definerer strukturen.
12. Vi skriver ligningen for den angitte prosessen ved å bruke strukturene til organiske stoffer.
Den foreslåtte algoritmen for å løse problemet er egnet for alle oppgaver knyttet til utledning av formelen til en organisk forbindelse. Han skal hjelpe elever på videregåendetakle eksamen tilstrekkelig.
Eksempel 1
Hvordan skal algoritmisk problemløsning se ut?
For å svare på dette spørsmålet, her er en ferdig prøve.
Ved brenning av 17,5 g av forbindelsen ble det oppnådd 28 liter karbondioksid, samt 22,5 ml vanndamp. Damptettheten til denne forbindelsen tilsvarer 3,125 g/l. Det er informasjon om at analytten dannes under dehydrering av tertiær mettet alkohol. Basert på dataene som er oppgitt:
1) utføre visse beregninger som vil være nødvendige for å finne molekylformelen til dette organiske stoffet;
2) skriv dens molekylformel;
3) lage et strukturelt bilde av den opprinnelige forbindelsen, som unikt gjenspeiler forbindelsen mellom atomer i det foreslåtte molekylet.
Oppgavedata.
- m (utgangsmateriale)- 17,5g
- V karbondioksid-28L
- V vann-22,5ml
Formler for matematiske beregninger:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Hvis du ønsker, kan du takle denne oppgaven på flere måter.
Første vei
1. Bestem antall mol av alle produktene fra en kjemisk reaksjon ved å bruke molarvolum.
nCO2=1,25 mol
2. Vi avslører det kvantitative innholdet av det første elementet (karbon) i produktet av denne prosessen.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Beregn massen til elementet.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Bestem massen av vanndamp, vel vitende om at tettheten er 1g/ml.
mH2O er 22,5 g
Vi avslører mengden av reaksjonsproduktet (vanndamp).
n vann=1,25 mol
6. Vi beregner det kvantitative innholdet av grunnstoffet (hydrogen) i reaksjonsproduktet.
nH=2n (vann)=2,5 mol
7. Bestem massen til dette elementet.
mH=2,5g
8. La oss summere massene til grunnstoffene for å bestemme tilstedeværelsen (fraværet) av oksygenatomer i molekylet.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Dette tilsvarer dataene for problemet, derfor er det ingen oksygenatomer i ønsket organisk materiale.
9. Finne forholdet.
CH2er den enkleste formelen.
10. Beregn M av det ønskede stoffet ved å bruke tettheten.
M substans=70 g/mol.
n-5, stoffet ser slik ut: C5H10.
Tilstanden sier at stoffet er oppnådd ved dehydrering av alkohol, derfor er det en alken.
Andre alternativ
La oss vurdere en annen algoritme for å løse problemet.
1. Når vi vet at dette stoffet oppnås ved dehydrering av alkoholer, konkluderer vi med at det kan tilhøre klassen alkener.
2. Finn verdien M for det ønskede stoffet ved å bruke tettheten.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) for en forbindelse er: 12n + 2n.
4. Vi beregner den kvantitative verdien av karbonatomer i et etylenhydrokarbonmolekyl.
14 n=70, n=5, altså molekyletformelen til et stoff ser slik ut: C5H10n.
Dataene for dette problemet sier at stoffet er oppnådd ved dehydrering av en tertiær alkohol, derfor er det en alken.
Hvordan lage en algoritme for å løse et problem? Studenten må vite hvordan man kan skaffe representanter for ulike klasser av organiske forbindelser, eier deres spesifikke kjemiske egenskaper.
Eksempel 2
La oss prøve å identifisere en algoritme for å løse problemet ved å bruke et annet eksempel fra USE.
Med fullstendig forbrenning av 22,5 gram alfa-aminokarboksylsyre i atmosfærisk oksygen, var det mulig å samle 13,44 liter (N. O.) karbonmonoksid (4) og 3,36 L (N. O.) nitrogen. Finn formelen til den foreslåtte syren.
Data etter tilstand.
- m(aminosyrer) -22,5 g;
- √(karbondioksid ) -13,44 liter;
- √(nitrogen) -3, 36 y.
Formler.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Vi bruker standardalgoritmen for å løse problemet.
Finn den kvantitative verdien av interaksjonsprodukter.
(nitrogen)=0,15 mol.Skriv ned den kjemiske ligningen (vi bruker den generelle formelen). Videre, i henhold til reaksjonen, ved å vite mengden stoff, beregner vi antall mol aminokarboksylsyre:
x - 0,3 mol.
Beregn den molare massen til en aminokarboksylsyre.
M(startsubstans )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Beregn den molare massen til originalenaminokarboksylsyre ved å bruke de relative atommassene til grunnstoffene.
M(aminosyrer )=(R+74) g/mol.
Bestem hydrokarbonradikalet matematisk.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Ved valg identifiserer vi varianten av hydrokarbonradikalet, skriver ned formelen til ønsket aminokarboksylsyre, formulerer svaret.
Følgelig er det i dette tilfellet bare et hydrogenatom, så vi har formelen CH2NH2COOH (glycin).
Svar: CH2NH2COOH.
Alternativ løsning
Den andre algoritmen for å løse problemet er som følger.
Vi beregner det kvantitative uttrykket av reaksjonsproduktene ved å bruke verdien av molarvolumet.
(karbondioksid )=0,6 mol.Vi skriver ned den kjemiske prosessen, bevæpnet med den generelle formelen for denne klassen av forbindelser. Vi beregner ved ligningen antall mol av den tatt aminokarboksylsyre:
x=0,62/in=1,2 /in mol
Deretter beregner vi den molare massen til aminokarboksylsyren:
M=75 in g/mol.
Ved å bruke de relative atommassene til grunnstoffene finner vi den molare massen til en aminokarboksylsyre:
M(aminosyrer )=(R + 74) g/mol.
Sett ut molarmassene, løs deretter ligningen, bestem verdien av radikalet:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (ta v=1).
Gjennom seleksjon kommer den til den konklusjon at det ikke er noe hydrokarbonradikal, derfor er den ønskede aminosyren glycin.
Følgelig, R=H, får vi formelen CH2NH2COOH(glysin).
Svar: CH2NH2COOH.
Slik problemløsning ved hjelp av en algoritme er bare mulig hvis eleven har tilstrekkelige grunnleggende matematiske ferdigheter.
Programmering
Hvordan ser algoritmene ut her? Eksempler på å løse problemer innen informatikk og datateknologi krever en klar rekkefølge av handlinger.
Når ordren brytes, oppstår det ulike systemfeil som ikke lar algoritmen fungere fullt ut. Å utvikle et program ved hjelp av objektorientert programmering består av to trinn:
- opprette en GUI i visuell modus;
- kodeutvikling.
Denne tilnærmingen forenkler algoritmen for å løse programmeringsproblemer betydelig.
Manuelt er det nesten umulig å håndtere denne tidkrevende prosessen.
Konklusjon
Standardalgoritmen for å løse oppfinnsomme problemer er presentert nedenfor.
Dette er en presis og forståelig rekkefølge av handlinger. Når du oppretter det, er det nødvendig å eie de første dataene til oppgaven, starttilstanden til det beskrevne objektet.
For å fremheve stadiene for å løse problemer med algoritmer, er det viktig å bestemme formålet med arbeidet, å fremheve systemet med kommandoer som vil bli utført av eksekveren.
Den opprettede algoritmen måvære et spesifikt sett med egenskaper:
- diskrethet (inndeling i trinn);
- unikhet (hver handling har én løsning);
- konseptuell;
- performance.
Mange algoritmer er massive, det vil si at de kan brukes til å løse mange lignende oppgaver.
Et programmeringsspråk er et spesielt sett med regler for å skrive data og algoritmiske strukturer. For tiden brukes det i alle vitenskapelige felt. Dens viktige aspekt er hastighet. Hvis algoritmen er treg og ikke garanterer en rasjonell og rask respons, returneres den for revisjon.
Utførelsestiden for noen oppgaver bestemmes ikke bare av størrelsen på inndataene, men også av andre faktorer. For eksempel er algoritmen for å sortere et betydelig antall heltall enklere og raskere, forutsatt at en foreløpig sortering er utført.
