Ένας σαφής αλγόριθμος για την επίλυση ενός προβλήματος στη χημεία είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να συντονιστείτε στις τελικές δοκιμές σε αυτόν τον πολύπλοκο κλάδο. Το 2017 έγιναν σημαντικές αλλαγές στη δομή της εξέτασης, οι ερωτήσεις με μία απάντηση αφαιρέθηκαν από το πρώτο μέρος του τεστ. Η διατύπωση των ερωτήσεων δίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε ο απόφοιτος να επιδεικνύει γνώσεις σε διάφορους τομείς, για παράδειγμα, τη χημεία, και να μην μπορεί απλά να βάλει ένα «τικ».
Κύριες προκλήσεις
Μέγιστη δυσκολία για τους πτυχιούχους είναι ερωτήσεις σχετικά με την παραγωγή τύπων οργανικών ενώσεων, δεν μπορούν να συνθέσουν έναν αλγόριθμο για την επίλυση του προβλήματος.
Πώς να αντιμετωπίσετε ένα τέτοιο πρόβλημα; Για να ανταπεξέλθετε στην προτεινόμενη εργασία, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τον αλγόριθμο για την επίλυση προβλημάτων στη χημεία.
Το ίδιο πρόβλημα είναι χαρακτηριστικό για άλλους ακαδημαϊκούς κλάδους.
Ακολουθία ενεργειών
Τα πιο συνηθισμένα είναι τα προβλήματα προσδιορισμού της ένωσης από γνωστά προϊόντα καύσης, επομένως προτείνουμε να εξετάσουμε τον αλγόριθμο για την επίλυση προβλημάτων χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμααυτό το είδος άσκησης.
1. Η τιμή της μοριακής μάζας μιας δεδομένης ουσίας προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τη γνωστή σχετική πυκνότητα για κάποιο αέριο (εάν υπάρχει στην συνθήκη της προτεινόμενης εργασίας).
2. Υπολογίζουμε την ποσότητα των ουσιών που σχηματίζονται σε αυτή τη διαδικασία μέσω του μοριακού όγκου για μια αέρια ένωση, μέσω της πυκνότητας ή της μάζας για τις υγρές ουσίες.
3. Υπολογίζουμε τις ποσοτικές τιμές όλων των ατόμων στα προϊόντα μιας δεδομένης χημικής αντίδρασης και υπολογίζουμε επίσης τη μάζα του καθενός.
4. Συνοψίζουμε αυτές τις τιμές και, στη συνέχεια, συγκρίνουμε την τιμή που προκύπτει με τη μάζα της οργανικής ένωσης που δίνεται από τη συνθήκη.
5. Εάν η αρχική μάζα υπερβαίνει την τιμή που προκύπτει, συμπεραίνουμε ότι υπάρχει οξυγόνο στο μόριο.
6. Καθορίζουμε τη μάζα του, αφαιρούμε γι' αυτό από τη δεδομένη μάζα της οργανικής ένωσης το άθροισμα όλων των ατόμων.
6. Βρείτε τον αριθμό των ατόμων οξυγόνου (σε moles).
7. Καθορίζουμε την αναλογία των ποσοτήτων όλων των ατόμων που υπάρχουν στο πρόβλημα. Παίρνουμε τον τύπο της αναλυόμενης ουσίας.
8. Συνθέτουμε τη μοριακή του εκδοχή, τη μοριακή μάζα.
9. Εάν διαφέρει από την τιμή που λήφθηκε στο πρώτο βήμα, αυξάνουμε τον αριθμό κάθε ατόμου κατά έναν ορισμένο αριθμό φορές.
10. Συνθέστε τον μοριακό τύπο της επιθυμητής ουσίας.
11. Καθορισμός της δομής.
12. Γράφουμε την εξίσωση της υποδεικνυόμενης διαδικασίας χρησιμοποιώντας τις δομές των οργανικών ουσιών.
Ο προτεινόμενος αλγόριθμος για την επίλυση του προβλήματος είναι κατάλληλος για όλες τις εργασίες που σχετίζονται με την παραγωγή του τύπου μιας οργανικής ένωσης. Θα βοηθήσει μαθητές Λυκείουανταπεξέλθουν επαρκώς στις εξετάσεις.
Παράδειγμα 1
Πώς πρέπει να μοιάζει η αλγοριθμική επίλυση προβλημάτων;
Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, ακολουθεί ένα ολοκληρωμένο δείγμα.
Κατά την καύση 17,5 g της ένωσης, ελήφθησαν 28 λίτρα διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και 22,5 ml υδρατμών. Η πυκνότητα ατμών αυτής της ένωσης αντιστοιχεί σε 3,125 g/l. Υπάρχουν πληροφορίες ότι η αναλυόμενη ουσία σχηματίζεται κατά την αφυδάτωση της τριτοταγούς κορεσμένης αλκοόλης. Με βάση τα δεδομένα που παρέχονται:
1) εκτελέστε ορισμένους υπολογισμούς που θα απαιτηθούν για την εύρεση του μοριακού τύπου αυτής της οργανικής ουσίας·
2) γράψτε τον μοριακό τύπο του;
3) κάντε μια δομική άποψη της αρχικής ένωσης, αντικατοπτρίζοντας μοναδικά τη σύνδεση των ατόμων στο προτεινόμενο μόριο.
Δεδομένα εργασιών.
- m (αρχικό υλικό)- 17,5g
- V διοξείδιο του άνθρακα-28L
- V νερό-22,5ml
Τύποι για μαθηματικούς υπολογισμούς:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Αν θέλετε, μπορείτε να αντεπεξέλθετε σε αυτήν την εργασία με διάφορους τρόπους.
Πρώτος τρόπος
1. Προσδιορίστε τον αριθμό των γραμμομορίων όλων των προϊόντων μιας χημικής αντίδρασης χρησιμοποιώντας μοριακό όγκο.
nCO2=1,25 mol
2. Αποκαλύπτουμε την ποσοτική περιεκτικότητα του πρώτου στοιχείου (άνθρακα) στο γινόμενο αυτής της διαδικασίας.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Υπολογίστε τη μάζα του στοιχείου.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Προσδιορίστε τη μάζα των υδρατμών, γνωρίζοντας ότι η πυκνότητα είναι 1g/ml.
mH2Ο είναι 22,5 g
Αποκαλύπτουμε την ποσότητα του προϊόντος της αντίδρασης (υδροατμούς).
n νερό=1,25 mol
6. Υπολογίζουμε την ποσοτική περιεκτικότητα του στοιχείου (υδρογόνο) στο προϊόν της αντίδρασης.
nH=2n (νερό)=2,5 mol
7. Προσδιορίστε τη μάζα αυτού του στοιχείου.
mH=2,5g
8. Ας αθροίσουμε τις μάζες των στοιχείων για να προσδιορίσουμε την παρουσία (απουσία) ατόμων οξυγόνου στο μόριο.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Αυτό αντιστοιχεί στα δεδομένα του προβλήματος, επομένως, δεν υπάρχουν άτομα οξυγόνου στην επιθυμητή οργανική ύλη.
9. Εύρεση της αναλογίας.
CH2είναι ο απλούστερος τύπος.
10. Υπολογίστε το M της επιθυμητής ουσίας χρησιμοποιώντας την πυκνότητα.
Μ ουσία=70 g/mol.
n-5, η ουσία μοιάζει με αυτό: C5H10.
Η κατάσταση λέει ότι η ουσία λαμβάνεται με αφυδάτωση του αλκοόλ, επομένως, είναι ένα αλκένιο.
Δεύτερη επιλογή
Ας εξετάσουμε έναν άλλο αλγόριθμο για την επίλυση του προβλήματος.
1. Γνωρίζοντας ότι αυτή η ουσία λαμβάνεται με αφυδάτωση αλκοολών, συμπεραίνουμε ότι μπορεί να ανήκει στην κατηγορία των αλκενίων.
2. Βρείτε την τιμή M της επιθυμητής ουσίας χρησιμοποιώντας την πυκνότητα.
M σε=70 g/mol.
3. Το M (g/mol) για μια ένωση είναι: 12n + 2n.
4. Υπολογίζουμε την ποσοτική τιμή των ατόμων άνθρακα σε ένα μόριο υδρογονάνθρακα αιθυλενίου.
14 n=70, n=5, άρα το μοριακόο τύπος μιας ουσίας μοιάζει με: C5H10n.
Τα δεδομένα για αυτό το πρόβλημα λένε ότι η ουσία λαμβάνεται με αφυδάτωση μιας τριτοταγούς αλκοόλης, επομένως είναι ένα αλκένιο.
Πώς να φτιάξετε έναν αλγόριθμο για την επίλυση ενός προβλήματος; Ο μαθητής πρέπει να γνωρίζει πώς να αποκτά αντιπροσώπους διαφορετικών κατηγοριών οργανικών ενώσεων, έχει τις ειδικές χημικές τους ιδιότητες.
Παράδειγμα 2
Ας προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε έναν αλγόριθμο για την επίλυση του προβλήματος χρησιμοποιώντας ένα άλλο παράδειγμα από το USE.
Με πλήρη καύση 22,5 γραμμαρίων άλφα-αμινοκαρβοξυλικού οξέος σε ατμοσφαιρικό οξυγόνο, ήταν δυνατό να συλλεχθούν 13,44 λίτρα (N. O.) μονοξειδίου του άνθρακα (4) και 3,36 L (N. O.) αζώτου. Βρείτε τον τύπο του προτεινόμενου οξέος.
Δεδομένα κατά συνθήκη.
- m(αμινοξέα) -22,5 g;
- √(διοξείδιο του άνθρακα ) -13,44 λίτρα;
- √(άζωτο) -3, 36 ε.
Formulas.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Χρησιμοποιούμε τον τυπικό αλγόριθμο για την επίλυση του προβλήματος.
Βρείτε την ποσοτική τιμή των προϊόντων αλληλεπίδρασης.
(άζωτο)=0,15 mol.Γράψτε τη χημική εξίσωση (εφαρμόζουμε τον γενικό τύπο). Περαιτέρω, σύμφωνα με την αντίδραση, γνωρίζοντας την ποσότητα της ουσίας, υπολογίζουμε τον αριθμό των γραμμομορίων αμινοκαρβοξυλικού οξέος:
x - 0,3 mol.
Υπολογίστε τη μοριακή μάζα ενός αμινοκαρβοξυλικού οξέος.
M(αρχική ουσία )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Υπολογίστε τη μοριακή μάζα του αρχικούαμινοκαρβοξυλικό οξύ χρησιμοποιώντας τις σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων.
M(αμινοξέα )=(R+74) g/mol.
Προσδιορίστε μαθηματικά τη ρίζα υδρογονάνθρακα.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Με επιλογή, προσδιορίζουμε την παραλλαγή της ρίζας υδρογονάνθρακα, γράφουμε τον τύπο του επιθυμητού αμινοκαρβοξυλικού οξέος, διατυπώνουμε την απάντηση.
Συνεπώς, σε αυτή την περίπτωση υπάρχει μόνο ένα άτομο υδρογόνου, άρα έχουμε τον τύπο CH2NH2COOH (γλυκίνη).
Απάντηση: CH2NH2COOH.
Εναλλακτική λύση
Ο δεύτερος αλγόριθμος για την επίλυση του προβλήματος είναι ο εξής.
Υπολογίζουμε την ποσοτική έκφραση των προϊόντων αντίδρασης, χρησιμοποιώντας την τιμή του μοριακού όγκου.
(διοξείδιο του άνθρακα )=0,6 mol.Γράφουμε τη χημική διαδικασία, οπλισμένη με τον γενικό τύπο αυτής της κατηγορίας ενώσεων. Υπολογίζουμε με την εξίσωση τον αριθμό των mol του ληφθέντος αμινοκαρβοξυλικού οξέος:
x=0,62/in=1,2 /in mol
Στη συνέχεια, υπολογίζουμε τη μοριακή μάζα του αμινοκαρβοξυλικού οξέος:
M=75 σε g/mol.
Χρησιμοποιώντας τις σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων, βρίσκουμε τη μοριακή μάζα ενός αμινοκαρβοξυλικού οξέος:
M(αμινοξέα )=(R + 74) g/mol.
Εισορίστε τις μοριακές μάζες, στη συνέχεια λύστε την εξίσωση, προσδιορίστε την τιμή της ρίζας:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (πάρτε v=1).
Μέσω της επιλογής καταλήγει στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει ρίζα υδρογονάνθρακα, επομένως το επιθυμητό αμινοξύ είναι η γλυκίνη.
Συνεπώς, R=H, παίρνουμε τον τύπο CH2NH2COOH(γλυκίνη).
Απάντηση: CH2NH2COOH.
Η επίλυση αυτού του προβλήματος με τη μέθοδο ενός αλγορίθμου είναι δυνατή μόνο εάν ο μαθητής έχει επαρκείς βασικές μαθηματικές δεξιότητες.
Προγραμματισμός
Πώς μοιάζουν οι αλγόριθμοι εδώ; Τα παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων στην πληροφορική και την τεχνολογία υπολογιστών απαιτούν μια σαφή σειρά ενεργειών.
Όταν παραβιάζεται η παραγγελία, συμβαίνουν διάφορα σφάλματα συστήματος που δεν επιτρέπουν στον αλγόριθμο να λειτουργεί πλήρως. Η ανάπτυξη ενός προγράμματος χρησιμοποιώντας αντικειμενοστραφή προγραμματισμό αποτελείται από δύο βήματα:
- δημιουργία GUI σε οπτική λειτουργία;
- ανάπτυξη κώδικα.
Αυτή η προσέγγιση απλοποιεί σημαντικά τον αλγόριθμο για την επίλυση προβλημάτων προγραμματισμού.
Με το χέρι είναι σχεδόν αδύνατο να διαχειριστείς αυτήν τη χρονοβόρα διαδικασία.
Συμπέρασμα
Ο τυπικός αλγόριθμος για την επίλυση εφευρετικών προβλημάτων παρουσιάζεται παρακάτω.
Αυτή είναι μια ακριβής και κατανοητή σειρά ενεργειών. Κατά τη δημιουργία του, είναι απαραίτητο να κατέχετε τα αρχικά δεδομένα της εργασίας, την αρχική κατάσταση του περιγραφόμενου αντικειμένου.
Για να επισημανθούν τα στάδια επίλυσης προβλημάτων των αλγορίθμων, είναι σημαντικό να προσδιοριστεί ο σκοπός της εργασίας, να επισημανθεί το σύστημα εντολών που θα εκτελεστεί από τον εκτελεστή.
Ο αλγόριθμος που δημιουργήθηκε πρέπεινα είναι ένα συγκεκριμένο σύνολο ιδιοτήτων:
- διακριτικότητα (διαίρεση σε βήματα);
- μοναδικότητα (κάθε ενέργεια έχει μία λύση);
- εννοιολογική;
- performance.
Πολλοί αλγόριθμοι είναι τεράστιοι, δηλαδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση πολλών παρόμοιων εργασιών.
Μια γλώσσα προγραμματισμού είναι ένα ειδικό σύνολο κανόνων για τη σύνταξη δεδομένων και αλγοριθμικών δομών. Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται σε όλα τα επιστημονικά πεδία. Η σημαντική πτυχή του είναι η ταχύτητα. Εάν ο αλγόριθμος είναι αργός, δεν εγγυάται ορθολογική και γρήγορη απόκριση, επιστρέφεται για αναθεώρηση.
Ο χρόνος εκτέλεσης ορισμένων εργασιών καθορίζεται όχι μόνο από το μέγεθος των δεδομένων εισόδου, αλλά και από άλλους παράγοντες. Για παράδειγμα, ο αλγόριθμος για την ταξινόμηση σημαντικού αριθμού ακεραίων είναι απλούστερος και ταχύτερος, υπό την προϋπόθεση ότι έχει πραγματοποιηθεί μια προκαταρκτική ταξινόμηση.
