En klar algoritme til at løse et problem inden for kemi er en fantastisk måde at tune ind på de sidste prøver i denne komplekse disciplin. I 2017 blev der foretaget væsentlige ændringer i strukturen af eksamen, spørgsmål med ét svar blev fjernet fra den første del af testen. Spørgsmålenes ordlyd er givet på en sådan måde, at kandidaten demonstrerer viden inden for forskellige områder, for eksempel kemi, og ikke blot kan sætte et "flueben".
Hovedudfordringer
Maksimal sværhedsgrad for kandidater er spørgsmål om udledning af formler for organiske forbindelser, de kan ikke sammensætte en algoritme til at løse problemet.
Hvordan håndterer man et sådant problem? For at kunne klare den foreslåede opgave er det vigtigt at kende algoritmen til løsning af problemer i kemi.
Det samme problem er typisk for andre akademiske discipliner.
Rækkefølge af handlinger
De mest almindelige er problemer med at bestemme forbindelsen ved kendte forbrændingsprodukter, så vi foreslår at overveje algoritmen til at løse problemer ved hjælp af et eksempeldenne type øvelse.
1. Værdien af molmassen af et givet stof bestemmes ved hjælp af den kendte relative massefylde for en eller anden gas (hvis den er til stede i den foreslåede opgaves tilstand).
2. Vi beregner mængden af stoffer, der dannes i denne proces gennem molvolumenet for en gasformig forbindelse, gennem densiteten eller massen for flydende stoffer.
3. Vi beregner de kvantitative værdier af alle atomer i produkterne af en given kemisk reaktion og beregner også massen af hver.
4. Vi opsummerer disse værdier og sammenligner derefter den opnåede værdi med massen af den organiske forbindelse givet af betingelsen.
5. Hvis startmassen overstiger den opnåede værdi, konkluderer vi, at der er oxygen til stede i molekylet.
6. Vi bestemmer dens masse, trækker for dette fra den givne masse af den organiske forbindelse summen af alle atomer.
6. Find antallet af oxygenatomer (i mol).
7. Vi bestemmer forholdet mellem mængderne af alle atomer, der er til stede i problemet. Vi får formlen for analytten.
8. Vi komponerer dens molekylære version, den molære masse.
9. Hvis det afviger fra værdien opnået i det første trin, øger vi antallet af hvert atom med et bestemt antal gange.
10. Sammensæt molekylformlen for det ønskede stof.
11. Definerer strukturen.
12. Vi skriver ligningen for den angivne proces ved hjælp af strukturerne af organiske stoffer.
Den foreslåede algoritme til løsning af problemet er egnet til alle opgaver relateret til udledning af formlen for en organisk forbindelse. Han vil hjælpe gymnasieeleverklare eksamenen tilstrækkeligt.
Eksempel 1
Hvordan skal algoritmisk problemløsning se ud?
For at besvare dette spørgsmål er her en færdig prøve.
Ved afbrænding af 17,5 g af forbindelsen opnåedes 28 liter kuldioxid samt 22,5 ml vanddamp. Dampdensiteten af denne forbindelse svarer til 3,125 g/l. Der er oplysninger om, at analytten dannes under dehydrering af tertiær mættet alkohol. Baseret på de angivne data:
1) udføre visse beregninger, der vil være nødvendige for at finde molekylformlen for dette organiske stof;
2) skriv dens molekylære formel;
3) lav et strukturelt billede af den oprindelige forbindelse, som unikt afspejler forbindelsen mellem atomer i det foreslåede molekyle.
Opgavedata.
- m (udgangsmateriale)- 17,5 g
- V kuldioxid-28L
- V vand-22,5 ml
Formler til matematiske beregninger:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Hvis du ønsker det, kan du klare denne opgave på flere måder.
Første vej
1. Bestem antallet af mol af alle produkter af en kemisk reaktion ved hjælp af molært volumen.
nCO2=1,25 mol
2. Vi afslører det kvantitative indhold af det første grundstof (kulstof) i produktet af denne proces.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Beregn grundstoffets masse.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Bestem massen af vanddamp, vel vidende at massefylden er 1g/ml.
mH2O er 22,5 g
Vi afslører mængden af reaktionsproduktet (vanddamp).
n vand=1,25 mol
6. Vi beregner det kvantitative indhold af grundstoffet (brint) i reaktionsproduktet.
nH=2n (vand)=2,5 mol
7. Bestem massen af dette element.
mH=2,5g
8. Lad os opsummere grundstoffernes masser for at bestemme tilstedeværelsen (fraværet) af oxygenatomer i molekylet.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Dette svarer til problemets data, derfor er der ingen oxygenatomer i det ønskede organiske stof.
9. Find forholdet.
CH2er den enkleste formel.
10. Beregn M af det ønskede stof ved hjælp af massefylden.
M stof=70 g/mol.
n-5, stoffet ser således ud: C5H10.
Betingelsen siger, at stoffet opnås ved dehydrering af alkohol, derfor er det en alken.
Anden mulighed
Lad os overveje en anden algoritme til at løse problemet.
1. Da vi ved, at dette stof opnås ved dehydrering af alkoholer, konkluderer vi, at det kan tilhøre klassen af alkener.
2. Find værdien M af det ønskede stof ved hjælp af densiteten.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) for en forbindelse er: 12n + 2n.
4. Vi beregner den kvantitative værdi af carbonatomer i et ethylencarbonhydridmolekyle.
14 n=70, n=5, altså molekyletformlen for et stof ser sådan ud: C5H10n.
Dataene for dette problem siger, at stoffet opnås ved dehydrering af en tertiær alkohol, derfor er det en alken.
Hvordan laver man en algoritme til at løse et problem? Eleven skal vide, hvordan man opnår repræsentanter for forskellige klasser af organiske forbindelser, ejer deres specifikke kemiske egenskaber.
Eksempel 2
Lad os prøve at identificere en algoritme til at løse problemet ved hjælp af et andet eksempel fra USE.
Med fuldstændig forbrænding af 22,5 gram alfa-aminocarboxylsyre i atmosfærisk oxygen var det muligt at opsamle 13,44 liter (N. O.) kulilte (4) og 3,36 L (N. O.) nitrogen. Find formlen for den foreslåede syre.
Data efter tilstand.
- m(aminosyrer) -22,5 g;
- √(kuldioxid ) -13,44 liter;
- √(nitrogen) -3, 36 år.
Formler.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Vi bruger standardalgoritmen til at løse problemet.
Find den kvantitative værdi af interaktionsprodukter.
(nitrogen)=0,15 mol.Skriv den kemiske ligning ned (vi anvender den generelle formel). Yderligere, ifølge reaktionen, ved at kende mængden af stof, beregner vi antallet af mol aminocarboxylsyre:
x - 0,3 mol.
Beregn molmassen af en aminocarboxylsyre.
M(startstof )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Beregn den molære masse af originalenaminocarboxylsyre ved hjælp af grundstoffernes relative atommasse.
M(aminosyrer )=(R+74) g/mol.
Bestem carbonhydridradikalet matematisk.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Ved udvælgelse identificerer vi varianten af carbonhydridradikalet, skriver formlen for den ønskede aminocarboxylsyre ned, formulerer svaret.
Følgelig er der i dette tilfælde kun et hydrogenatom, så vi har formlen CH2NH2COOH (glycin).
Svar: CH2NH2COOH.
Alternativ løsning
Den anden algoritme til at løse problemet er som følger.
Vi beregner det kvantitative udtryk for reaktionsprodukterne ved hjælp af værdien af det molære rumfang.
(kuldioxid )=0,6 mol.Vi skriver den kemiske proces ned, bevæbnet med den generelle formel for denne klasse af forbindelser. Vi beregner ved ligningen antallet af mol af den optagne aminocarboxylsyre:
x=0,62/in=1,2 /in mol
Dernæst beregner vi den molære masse af aminocarboxylsyren:
M=75 ing/mol.
Ved at bruge grundstoffernes relative atommasse finder vi den molære masse af en aminocarboxylsyre:
M(aminosyrer )=(R + 74) g/mol.
Udlign molmasserne, løs derefter ligningen, bestem værdien af radikalet:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (tag v=1).
Gennem selektion kommer den til den konklusion, at der ikke er noget kulbrinteradikal, derfor er den ønskede aminosyre glycin.
Følgelig, R=H, får vi formlen CH2NH2COOH(glycin).
Svar: CH2NH2COOH.
En sådan problemløsning ved hjælp af en algoritme er kun mulig, hvis eleven har tilstrækkelige grundlæggende matematiske færdigheder.
Programmering
Hvordan ser algoritmerne ud her? Eksempler på løsning af problemer inden for informatik og computerteknologi kræver en klar rækkefølge af handlinger.
Når ordren overtrædes, opstår der forskellige systemfejl, som ikke tillader algoritmen at fungere fuldt ud. Udvikling af et program ved hjælp af objektorienteret programmering består af to trin:
- oprettelse af en GUI i visuel tilstand;
- kodeudvikling.
Denne tilgang forenkler i høj grad algoritmen til løsning af programmeringsproblemer.
Manuelt er det næsten umuligt at styre denne tidskrævende proces.
Konklusion
Standardalgoritmen til løsning af opfindsomme problemer er præsenteret nedenfor.
Dette er en præcis og forståelig rækkefølge af handlinger. Når du opretter det, er det nødvendigt at eje de indledende data for opgaven, starttilstanden for det beskrevne objekt.
For at fremhæve stadierne af løsning af problemer med algoritmer, er det vigtigt at bestemme formålet med arbejdet, at fremhæve det system af kommandoer, der vil blive udført af eksekveren.
Den oprettede algoritme skalvære et specifikt sæt egenskaber:
- diskrethed (inddeling i trin);
- unikhed (hver handling har én løsning);
- konceptuelt;
- performance.
Mange algoritmer er massive, det vil sige, at de kan bruges til at løse mange lignende opgaver.
Et programmeringssprog er et særligt sæt regler for skrivning af data og algoritmiske strukturer. I øjeblikket bruges det inden for alle videnskabelige områder. Dets vigtige aspekt er hastighed. Hvis algoritmen er langsom og ikke garanterer et rationelt og hurtigt svar, returneres den til revision.
Udførelsestiden for nogle opgaver bestemmes ikke kun af størrelsen af inputdata, men også af andre faktorer. For eksempel er algoritmen til at sortere et betydeligt antal heltal enklere og hurtigere, forudsat at der er foretaget en foreløbig sortering.
