Een duidelijk algoritme voor het oplossen van een probleem in de chemie is een geweldige manier om af te stemmen op eindtoetsen in deze complexe discipline. In 2017 zijn er belangrijke wijzigingen aangebracht in de opzet van het examen, vragen met één antwoord zijn verwijderd uit het eerste deel van de toets. De formulering van de vragen is zo opgesteld dat de afgestudeerde blijk geeft van kennis op verschillende gebieden, bijvoorbeeld scheikunde, en niet zomaar een "vinkje" kan plaatsen.
Belangrijkste uitdagingen
Maximale moeilijkheid voor afgestudeerden is vragen over het afleiden van formules van organische verbindingen, ze kunnen geen algoritme samenstellen om het probleem op te lossen.
Hoe om te gaan met zo'n probleem? Om de voorgestelde taak aan te kunnen, is het belangrijk om het algoritme te kennen voor het oplossen van problemen in de chemie.
Hetzelfde probleem is typisch voor andere academische disciplines.
Opeenvolging van acties
De meest voorkomende zijn de problemen bij het bepalen van de verbinding door bekende verbrandingsproducten, dus we stellen voor om het algoritme voor het oplossen van problemen te overwegen aan de hand van een voorbeelddit soort oefeningen.
1. De waarde van de molaire massa van een bepaalde stof wordt bepaald met behulp van de bekende relatieve dichtheid voor een bepaald gas (indien aanwezig in de toestand van de voorgestelde taak).
2. De hoeveelheid gevormde stoffen in dit proces berekenen we door het molaire volume voor een gasvormige verbinding, door de dichtheid of massa voor vloeibare stoffen.
3. We berekenen de kwantitatieve waarden van alle atomen in de producten van een bepaalde chemische reactie en berekenen ook de massa van elk.
4. We vatten deze waarden samen en vergelijken vervolgens de verkregen waarde met de massa van de organische verbinding die door de voorwaarde wordt gegeven.
5. Als de initiële massa de verkregen waarde overschrijdt, concluderen we dat er zuurstof in het molecuul aanwezig is.
6. We bepalen de massa, trekken hiervoor van de gegeven massa van de organische verbinding de som van alle atomen af.
6. Zoek het aantal zuurstofatomen (in mol).
7. We bepalen de verhouding van de hoeveelheden van alle atomen die in het probleem aanwezig zijn. We krijgen de formule van de analyt.
8. We stellen de moleculaire versie ervan samen, de molaire massa.
9. Als het verschilt van de waarde die in de eerste stap is verkregen, verhogen we het aantal van elk atoom met een bepaald aantal keren.
10. Stel de molecuulformule van de gewenste stof samen.
11. De structuur definiëren.
12. We schrijven de vergelijking van het aangegeven proces met behulp van de structuren van organische stoffen.
Het voorgestelde algoritme voor het oplossen van het probleem is geschikt voor alle taken die verband houden met het afleiden van de formule van een organische verbinding. Hij zal middelbare scholieren helpenvoldoende omgaan met het examen.
Voorbeeld 1
Hoe moet algoritmische probleemoplossing eruit zien?
Om deze vraag te beantwoorden, hier is een voltooid voorbeeld.
Bij verbranding van 17,5 g van de verbinding werd 28 liter koolstofdioxide verkregen, evenals 22,5 ml waterdamp. De dampdichtheid van deze verbinding komt overeen met 3,125 g/l. Er is informatie dat de analyt wordt gevormd tijdens de dehydratie van tertiaire verzadigde alcohol. Op basis van de verstrekte gegevens:
1) voer bepaalde berekeningen uit die nodig zijn om de molecuulformule van deze organische stof te vinden;
2) schrijf de molecuulformule;
3) maak een structureel beeld van de oorspronkelijke verbinding, die op unieke wijze de verbinding van atomen in het voorgestelde molecuul weerspiegelt.
Taakgegevens.
- m (uitgangsmateriaal)- 17.5g
- V kooldioxide-28L
- V water-22.5ml
Formules voor wiskundige berekeningen:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Als je wilt, kun je deze taak op verschillende manieren aan.
Eerste manier
1. Bepaal het aantal mol van alle producten van een chemische reactie met behulp van molair volume.
nCO2=1,25 mol
2. We onthullen het kwantitatieve geh alte van het eerste element (koolstof) in het product van dit proces.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Bereken de massa van het element.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Bepaal de massa van waterdamp, wetende dat de dichtheid 1g/ml is.
mH2O is 22,5g
We onthullen de hoeveelheid van het reactieproduct (waterdamp).
n water=1,25 mol
6. We berekenen het kwantitatieve geh alte van het element (waterstof) in het reactieproduct.
nH=2n (water)=2,5 mol
7. Bepaal de massa van dit element.
mH=2.5g
8. Laten we de massa's van de elementen optellen om de aanwezigheid (afwezigheid) van zuurstofatomen in het molecuul te bepalen.
mC + mH=1 5g + 2.5g=17.5g
Dit komt overeen met de gegevens van het probleem, daarom zijn er geen zuurstofatomen in de gewenste organische stof.
9. De verhouding vinden.
CH2is de eenvoudigste formule.
10. Bereken M van de gewenste stof met behulp van de dichtheid.
M stof=70 g/mol.
n-5, de stof ziet er als volgt uit: C5H10.
De voorwaarde zegt dat de stof wordt verkregen door uitdroging van alcohol, daarom is het een alkeen.
Tweede optie
Laten we een ander algoritme bekijken om het probleem op te lossen.
1. Wetende dat deze stof wordt verkregen door dehydratatie van alcoholen, concluderen we dat deze tot de klasse van alkenen kan behoren.
2. Vind de waarde M van de gewenste stof met behulp van de dichtheid.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) voor een verbinding is: 12n + 2n.
4. We berekenen de kwantitatieve waarde van koolstofatomen in een ethyleenkoolwaterstofmolecuul.
14 n=70, n=5, dus de moleculairede formule van een stof ziet er als volgt uit: C5H10n.
De gegevens voor dit probleem zeggen dat de stof wordt verkregen door dehydratatie van een tertiaire alcohol, daarom is het een alkeen.
Hoe maak je een algoritme om een probleem op te lossen? De student moet weten hoe hij vertegenwoordigers van verschillende klassen van organische verbindingen kan verkrijgen, bezit hun specifieke chemische eigenschappen.
Voorbeeld 2
Laten we proberen een algoritme te identificeren om het probleem op te lossen aan de hand van een ander voorbeeld uit de USE.
Met volledige verbranding van 22,5 gram alfa-aminocarbonzuur in zuurstof uit de lucht, was het mogelijk om 13,44 liter (N. O.) koolmonoxide (4) en 3,36 L (N. O.) stikstof op te vangen. Zoek de formule van het voorgestelde zuur.
Gegevens op voorwaarde.
- m(aminozuren) -22,5 g;
- √(kooldioxide ) -13,44 liter;
- √(stikstof) -3, 36 jaar.
Formules.
- m=Mn;
- √=√ mn.
We gebruiken het standaardalgoritme om het probleem op te lossen.
Vind de kwantitatieve waarde van interactieproducten.
(stikstof)=0,15 mol.Schrijf de chemische vergelijking op (we passen de algemene formule toe). Verder, volgens de reactie, berekenen we de hoeveelheid stof, het aantal mol aminocarbonzuur:
x - 0,3 mol.
Bereken de molaire massa van een aminocarbonzuur.
M(uitgangsstof )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Bereken de molaire massa van het origineelaminocarbonzuur met behulp van de relatieve atoommassa's van de elementen.
M(aminozuren )=(R+74) g/mol.
Wiskundig de koolwaterstofradicaal bepalen.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Door selectie identificeren we de variant van de koolwaterstofradicaal, noteren we de formule van het gewenste aminocarbonzuur, formuleren we het antwoord.
In dit geval is er dus alleen een waterstofatoom, dus hebben we de formule CH2NH2COOH (glycine).
Antwoord: CH2NH2COOH.
Alternatieve oplossing
Het tweede algoritme voor het oplossen van het probleem is als volgt.
We berekenen de kwantitatieve uitdrukking van de reactieproducten met behulp van de waarde van het molaire volume.
(kooldioxide )=0,6 mol.We schrijven het chemische proces op, gewapend met de algemene formule van deze klasse van verbindingen. We berekenen door de vergelijking het aantal mol van het ingenomen aminocarbonzuur:
x=0,62/in=1,2 /in mol
Vervolgens berekenen we de molaire massa van het aminocarbonzuur:
M=75 g/mol.
Met behulp van de relatieve atoommassa's van de elementen, vinden we de molaire massa van een aminocarbonzuur:
M(aminozuren )=(R + 74) g/mol.
Maak de molmassa's gelijk, los de vergelijking op, bepaal de waarde van het radicaal:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (neem v=1).
Door selectie komt het tot de conclusie dat er geen koolwaterstofradicaal is, daarom is het gewenste aminozuur glycine.
Dus, R=H, we krijgen de formule CH2NH2COOH(glycine).
Antwoord: CH2NH2COOH.
Een dergelijke probleemoplossing door de methode van een algoritme is alleen mogelijk als de student voldoende wiskundige basisvaardigheden heeft.
Programmeren
Hoe zien de algoritmen er hier uit? Voorbeelden van het oplossen van problemen in de informatica en computertechnologie vereisen een duidelijke volgorde van acties.
Wanneer de bestelling wordt geschonden, treden er verschillende systeemfouten op waardoor het algoritme niet volledig kan functioneren. Het ontwikkelen van een programma met behulp van objectgeoriënteerd programmeren bestaat uit twee stappen:
- een GUI maken in visuele modus;
- code ontwikkeling.
Deze benadering vereenvoudigt het algoritme voor het oplossen van programmeerproblemen aanzienlijk.
Handmatig is het bijna onmogelijk om dit tijdrovende proces te beheren.
Conclusie
Het standaardalgoritme voor het oplossen van inventieve problemen wordt hieronder weergegeven.
Dit is een precieze en begrijpelijke reeks acties. Bij het maken ervan is het noodzakelijk om eigenaar te zijn van de initiële gegevens van de taak, de initiële status van het beschreven object.
Om de stadia van het oplossen van problemen van algoritmen te markeren, is het belangrijk om het doel van het werk te bepalen, om het systeem van opdrachten te benadrukken dat door de uitvoerder zal worden uitgevoerd.
Het gemaakte algoritme moeteen specifieke set eigenschappen zijn:
- discretie (opdeling in stappen);
- uniek (elke actie heeft één oplossing);
- conceptueel;
- prestaties.
Veel algoritmen zijn enorm, dat wil zeggen, ze kunnen worden gebruikt om veel vergelijkbare taken op te lossen.
Een programmeertaal is een speciale set regels voor het schrijven van gegevens en algoritmische structuren. Momenteel wordt het op alle wetenschappelijke gebieden gebruikt. Het belangrijkste aspect is snelheid. Als het algoritme traag is, geen rationele en snelle reactie garandeert, wordt het teruggestuurd voor revisie.
De uitvoeringstijd van sommige taken wordt niet alleen bepaald door de grootte van de invoergegevens, maar ook door andere factoren. Het algoritme voor het sorteren van een aanzienlijk aantal gehele getallen is bijvoorbeeld eenvoudiger en sneller, op voorwaarde dat er een voorlopige sortering is uitgevoerd.
