Jasný algoritmus pro řešení problému v chemii je skvělý způsob, jak se naladit na závěrečné testy v této složité disciplíně. V roce 2017 došlo k výrazným změnám ve struktuře zkoušky, z první části testu byly odstraněny otázky s jednou odpovědí. Formulace otázek je dána tak, aby absolvent prokázal znalosti v různých oblastech, např. chemii, a nemohl jednoduše zaškrtnout.
Hlavní výzvy
Maximálním problémem pro absolventy jsou otázky na odvození vzorců organických sloučenin, neumí sestavit algoritmus pro řešení problému.
Jak se s takovým problémem vypořádat? Abychom se vyrovnali s navrhovaným úkolem, je důležité znát algoritmus pro řešení problémů v chemii.
Stejný problém je typický pro jiné akademické obory.
Posloupnost akcí
Nejběžnější jsou problémy určování sloučeniny známými produkty spalování, proto navrhujeme zvážit algoritmus pro řešení problémů na příkladutento typ cvičení.
1. Hodnota molární hmotnosti dané látky je určena pomocí známé relativní hustoty pro nějaký plyn (pokud je přítomen v podmínkách navrhované úlohy).
2. Množství látek vzniklých v tomto procesu vypočítáme prostřednictvím molárního objemu pro plynnou sloučeninu, přes hustotu nebo hmotnost pro kapalné látky.
3. Vypočítáme kvantitativní hodnoty všech atomů v produktech dané chemické reakce a také vypočítáme hmotnost každého z nich.
4. Tyto hodnoty shrneme a získanou hodnotu porovnáme s hmotností organické sloučeniny danou podmínkou.
5. Pokud počáteční hmotnost překročí získanou hodnotu, dojde k závěru, že v molekule je přítomen kyslík.
6. Určíme její hmotnost, odečteme od dané hmotnosti organické sloučeniny součet všech atomů.
6. Najděte počet atomů kyslíku (v molech).
7. Určíme poměr množství všech atomů přítomných v úloze. Dostaneme vzorec analytu.
8. Skládáme jeho molekulární verzi, molární hmotnost.
9. Pokud se liší od hodnoty získané v prvním kroku, zvýšíme počet každého atomu o určitý počet krát.
10. Sestavte molekulární vzorec požadované látky.
11. Definování struktury.
12. Rovnici naznačeného procesu napíšeme pomocí struktur organických látek.
Navržený algoritmus pro řešení problému je vhodný pro všechny úlohy související s odvozením vzorce organické sloučeniny. Pomůže středoškolákůmdostatečně zvládnout zkoušku.
Příklad 1
Jak by mělo vypadat algoritmické řešení problémů?
Abyste odpověděli na tuto otázku, zde je hotová ukázka.
Při spalování 17,5 g sloučeniny bylo získáno 28 litrů oxidu uhličitého a také 22,5 ml vodní páry. Hustota par této sloučeniny odpovídá 3,125 g/l. Existují informace, že analyt vzniká během dehydratace terciárního nasyceného alkoholu. Na základě poskytnutých údajů:
1) provést určité výpočty, které budou nutné k nalezení molekulárního vzorce této organické látky;
2) napište jeho molekulární vzorec;
3) vytvořte strukturální pohled na původní sloučeninu, jedinečně odrážející spojení atomů v navrhované molekule.
Úkolová data.
- m (výchozí materiál)- 17,5g
- V oxid uhličitý-28L
- V voda-22,5ml
Vzorce pro matematické výpočty:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Pokud si přejete, můžete se s tímto úkolem vyrovnat několika způsoby.
První cesta
1. Určete počet molů všech produktů chemické reakce pomocí molárního objemu.
nCO2=1,25 mol
2. Odhalíme kvantitativní obsah prvního prvku (uhlíku) v produktu tohoto procesu.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Vypočítejte hmotnost prvku.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Určete hmotnost vodní páry s vědomím, že hustota je 1g/ml.
mH2O je 22,5 g
Odhalíme množství reakčního produktu (vodní páry).
n voda=1,25 mol
6. Vypočítáme kvantitativní obsah prvku (vodíku) v reakčním produktu.
nH=2n (voda)=2,5 mol
7. Určete hmotnost tohoto prvku.
mH=2,5g
8. Pojďme sečíst hmotnosti prvků, abychom určili přítomnost (nepřítomnost) atomů kyslíku v molekule.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Toto odpovídá datům problému, proto v požadované organické hmotě nejsou žádné atomy kyslíku.
9. Hledání poměru.
CH2je nejjednodušší vzorec.
10. Vypočítejte M požadované látky pomocí hustoty.
M látka=70 g/mol.
n-5, látka vypadá takto: C5H10.
Podmínka říká, že látka se získává dehydratací alkoholu, jedná se tedy o alken.
Druhá možnost
Zvažme jiný algoritmus pro řešení problému.
1. S vědomím, že tato látka se získává dehydratací alkoholů, docházíme k závěru, že může patřit do třídy alkenů.
2. Najděte hodnotu M požadované látky pomocí hustoty.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) pro sloučeninu je: 12n + 2n.
4. Vypočítáme kvantitativní hodnotu atomů uhlíku v molekule uhlovodíku ethylenu.
14 n=70, n=5, tedy molekulárnívzorec látky vypadá takto: C5H10n.
Údaje pro tento problém říkají, že látka se získává dehydratací terciárního alkoholu, jedná se tedy o alken.
Jak vytvořit algoritmus pro řešení problému? Student musí vědět, jak získat zástupce různých tříd organických sloučenin, vlastnit jejich specifické chemické vlastnosti.
Příklad 2
Zkusme identifikovat algoritmus pro řešení problému pomocí jiného příkladu z USE.
Při úplném spálení 22,5 gramů alfa-aminokarboxylové kyseliny v atmosférickém kyslíku bylo možné shromáždit 13,44 litrů (N. O.) oxidu uhelnatého (4) a 3,36 L (N. O.) dusíku. Najděte vzorec navrhované kyseliny.
Údaje podle stavu.
- m(aminokyseliny) -22,5 g;
- √ (oxid uhličitý ) -13,44 litrů;
- √(dusík) -3, 36 let
Vzorce.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Pro řešení problému používáme standardní algoritmus.
Najděte kvantitativní hodnotu produktů interakce.
(dusík)=0,15 mol.Zapište chemickou rovnici (použijeme obecný vzorec). Dále podle reakce, při znalosti látkového množství, vypočítáme počet molů aminokarboxylové kyseliny:
x – 0,3 mol.
Vypočítejte molární hmotnost aminokarboxylové kyseliny.
M(výchozí látka )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Vypočítejte molární hmotnost origináluaminokarboxylové kyseliny pomocí relativních atomových hmotností prvků.
M(aminokyseliny )=(R+74) g/mol.
Matematicky určete uhlovodíkový radikál.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Výběrem identifikujeme variantu uhlovodíkového radikálu, zapíšeme vzorec požadované aminokarboxylové kyseliny, zformulujeme odpověď.
V tomto případě tedy existuje pouze atom vodíku, takže máme vzorec CH2NH2COOH (glycin).
Odpověď: CH2NH2COOH.
Alternativní řešení
Druhý algoritmus pro řešení problému je následující.
Vypočítáme kvantitativní vyjádření reakčních produktů pomocí hodnoty molárního objemu.
(oxid uhličitý )=0,6 mol.Zapisujeme chemický proces vyzbrojený obecným vzorcem této třídy sloučenin. Počet molů odebrané aminokarboxylové kyseliny vypočítáme rovnicí:
x=0,62/in=1,2 /v mol
Dále vypočítáme molární hmotnost aminokarboxylové kyseliny:
M=75 v g/mol.
Pomocí relativních atomových hmotností prvků zjistíme molární hmotnost aminokarboxylové kyseliny:
M(aminokyseliny )=(R + 74) g/mol.
Vyrovnejte molární hmotnosti, pak vyřešte rovnici, určete hodnotu radikálu:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (vzít v=1).
Selekcí dochází k závěru, že neexistuje žádný uhlovodíkový radikál, proto je požadovanou aminokyselinou glycin.
V důsledku toho, R=H, dostaneme vzorec CH2NH2COOH(glycin).
Odpověď: CH2NH2COOH.
Řešení tohoto problému metodou algoritmu je možné pouze tehdy, má-li student dostatečné základní matematické dovednosti.
Programování
Jak zde vypadají algoritmy? Příklady řešení problémů v informatice a výpočetní technice vyžadují jasný sled akcí.
Při porušení příkazu dochází k různým systémovým chybám, které neumožňují plné fungování algoritmu. Vývoj programu pomocí objektově orientovaného programování se skládá ze dvou kroků:
- vytvoření GUI ve vizuálním režimu;
- vývoj kódu.
Tento přístup výrazně zjednodušuje algoritmus pro řešení problémů s programováním.
Ručně je téměř nemožné zvládnout tento časově náročný proces.
Závěr
Standardní algoritmus pro řešení vynalézavých problémů je uveden níže.
Toto je přesný a srozumitelný sled akcí. Při jeho vytváření je nutné vlastnit počáteční data úlohy, počáteční stav popisovaného objektu.
Aby bylo možné zvýraznit fáze řešení problémů algoritmů, je důležité určit účel práce, zdůraznit systém příkazů, které bude provádět vykonavatel.
Vytvořený algoritmus musíbýt konkrétní sadou vlastností:
- diskrétnost (rozdělení na kroky);
- jedinečnost (každá akce má jedno řešení);
- conceptual;
- výkon.
Mnoho algoritmů je masivních, to znamená, že je lze použít k řešení mnoha podobných úkolů.
Programovací jazyk je speciální sada pravidel pro zápis dat a algoritmických struktur. V současné době se používá ve všech vědních oborech. Jeho důležitým aspektem je rychlost. Pokud je algoritmus pomalý a nezaručuje racionální a rychlou odezvu, je vrácen k revizi.
Doba provedení některých úloh je určena nejen velikostí vstupních dat, ale také dalšími faktory. Například algoritmus pro třídění významného počtu celých čísel je jednodušší a rychlejší za předpokladu, že bylo provedeno předběžné třídění.
