Selge algoritm keemiaprobleemide lahendamiseks on suurepärane viis selle keerulise eriala lõputestidele häälestamiseks. 2017. aastal tehti olulisi muudatusi eksami ülesehituses, ühe vastusega küsimused eemaldati testi esimesest osast. Küsimused on sõnastatud nii, et lõpetaja demonstreerib teadmisi erinevatest valdkondadest, näiteks keemiast, ega saaks lihts alt linnukest panna.
Peamised väljakutsed
Lõpetajate jaoks on suurimaks raskuseks küsimused orgaaniliste ühendite valemite tuletamise kohta, nad ei suuda koostada ülesande lahendamiseks algoritmi.
Kuidas sellise probleemiga toime tulla? Pakutud ülesandega toimetulemiseks on oluline teada keemiaülesannete lahendamise algoritmi.
Sama probleem on tüüpiline ka teistele akadeemilistele erialadele.
Tegevuste jada
Kõige levinumad on probleemid ühendi määramisel teadaolevate põlemissaaduste järgi, seega teeme ettepaneku kaaluda probleemide lahendamise algoritmi näite abilseda tüüpi harjutus.
1. Antud aine molaarmassi väärtus määratakse mõne gaasi teadaoleva suhtelise tiheduse abil (kui see on pakutud ülesande tingimustes).
2. Arvutame selles protsessis moodustunud ainete koguse gaasilise ühendi molaarmahu kaudu, vedelate ainete puhul tiheduse või massi kaudu.
3. Arvutame kõigi aatomite kvantitatiivsed väärtused antud keemilise reaktsiooni produktides ja arvutame ka igaühe massi.
4. Teeme need väärtused kokku, seejärel võrdleme saadud väärtust tingimusega antud orgaanilise ühendi massiga.
5. Kui algmass ületab saadud väärtuse, järeldame, et molekulis on hapnikku.
6. Määrame selle massi, lahutame selle jaoks orgaanilise ühendi antud massist kõigi aatomite summa.
6. Leidke hapnikuaatomite arv (moolides).
7. Määrame ülesandes kõigi aatomite koguste suhte. Saame analüüdi valemi.
8. Koostame selle molekulaarse versiooni, molaarmassi.
9. Kui see erineb esimeses etapis saadud väärtusest, suurendame iga aatomi arvu teatud arvu kordi.
10. Koostage soovitud aine molekulvalem.
11. Struktuuri määratlemine.
12. Kirjutame näidatud protsessi võrrandi, kasutades orgaaniliste ainete struktuure.
Ülesande lahendamiseks pakutud algoritm sobib kõikide ülesannete jaoks, mis on seotud orgaanilise ühendi valemi tuletamisega. Ta aitab gümnaasiumiõpilasieksamiga piisav alt toime tulla.
Näide 1
Milline peaks algoritmiline probleemide lahendamine välja nägema?
Sellele küsimusele vastamiseks on siin valmis näidis.
17,5 g ühendi põletamisel saadi 28 liitrit süsihappegaasi, samuti 22,5 ml veeauru. Selle ühendi aurutihedus vastab 3,125 g/l. On andmeid, et analüüt moodustub tertsiaarse küllastunud alkoholi dehüdratsioonil. Esitatud andmete põhjal:
1) sooritage teatud arvutused, mis on vajalikud selle orgaanilise aine molekulaarvalemi leidmiseks;
2) kirjutage selle molekulvalem;
3) looge algsest ühendist struktuurne vaade, mis peegeldab ainulaadselt aatomite seost pakutud molekulis.
Ülesande andmed.
- m (lähtematerjal)- 17,5g
- V süsinikdioksiid-28L
- V vesi - 22,5 ml
Matemaatika arvutamise valemid:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Soovi korral saate selle ülesandega hakkama mitmel viisil.
Esimene viis
1. Määrake kõigi keemilise reaktsiooni produktide moolide arv molaarmahu abil.
nCO2=1,25 mol
2. Avastame esimese elemendi (süsiniku) kvantitatiivse sisalduse selle protsessi produktis.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Arvutage elemendi mass.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Määrake veeauru mass, teades, et selle tihedus on 1g/ml.
mH2O on 22,5 g
Avaldame reaktsioonisaaduse (veeauru) koguse.
n vett=1,25 mol
6. Arvutame elemendi (vesiniku) kvantitatiivse sisalduse reaktsioonisaaduses.
nH=2n (vesi)=2,5 mol
7. Määrake selle elemendi mass.
mH=2,5 g
8. Summeerime elementide massid, et teha kindlaks hapnikuaatomite olemasolu (puudumine) molekulis.
mC + mH=1 5 g + 2,5 g=17,5 g
See vastab ülesande andmetele, seega pole soovitud orgaanilises aines hapnikuaatomeid.
9. Suhte leidmine.
CH2on kõige lihtsam valem.
10. Arvutage soovitud aine M, kasutades tihedust.
M ainet=70 g/mol.
n-5, aine näeb välja selline: C5H10.
Tingimus ütleb, et aine saadakse alkoholi dehüdratsioonil, seega on see alkeen.
Teine valik
Vaatleme probleemi lahendamiseks teist algoritmi.
1. Teades, et see aine saadakse alkoholide dehüdratsioonil, järeldame, et see võib kuuluda alkeenide klassi.
2. Leidke soovitud aine väärtus M, kasutades tihedust.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) ühendi jaoks on: 12n + 2n.
4. Arvutame süsinikuaatomite kvantitatiivse väärtuse etüleeni süsivesiniku molekulis.
14 n=70, n=5, seega molekulaarneaine valem näeb välja selline: C5H10n.
Selle probleemi andmed näitavad, et aine saadakse tertsiaarse alkoholi dehüdratsioonil, seega on see alkeen.
Kuidas koostada ülesande lahendamise algoritm? Õpilane peab teadma, kuidas saada erinevate orgaaniliste ühendite klasside esindajaid, omab nende spetsiifilisi keemilisi omadusi.
Näide 2
Proovime tuvastada probleemi lahendamise algoritmi, kasutades mõnda teist USE näidet.
22,5 grammi alfa-aminokarboksüülhappe täielikul põlemisel atmosfäärihapnikus oli võimalik koguda 13,44 liitrit (N. O.) süsinikmonooksiidi (4) ja 3,36 liitrit (N. O.) lämmastikku. Leidke soovitatud happe valem.
Andmed tingimuste järgi.
- m(aminohapped) -22,5 g;
- √(süsinikdioksiid ) -13,44 liitrit;
- √(lämmastik) -3, 36 a.
Valemid.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Kasutame probleemi lahendamiseks standardset algoritmi.
Leidke interaktsioonitoodete kvantitatiivne väärtus.
(lämmastik)=0,15 mol.Kirjutage üles keemiline võrrand (rakendame üldvalemit). Lisaks arvutame vastav alt reaktsioonile, teades aine kogust, aminokarboksüülhappe moolide arvu:
x – 0,3 mol.
Arvutage aminokarboksüülhappe molaarmass.
M(lähteaine )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Arvutage originaali molaarmassaminokarboksüülhape, kasutades elementide suhtelisi aatommasse.
M(aminohapped )=(R+74) g/mol.
Määrake süsivesinikradikaal matemaatiliselt.
R + 74=75, R=75–74=1.
Valimise teel tuvastame süsivesinikradikaali variandi, kirjutame üles soovitud aminokarboksüülhappe valem, sõnastame vastuse.
Järelikult on antud juhul ainult vesinikuaatom, seega on meil valem CH2NH2COOH (glütsiin).
Vastus: CH2NH2COOH.
Alternatiivne lahendus
Teine algoritm probleemi lahendamiseks on järgmine.
Arvutame reaktsioonisaaduste kvantitatiivse väljenduse, kasutades molaarmahu väärtust.
(süsinikdioksiid )=0,6 mol.Me kirjutame üles keemilise protsessi selle ühendite klassi üldvalemiga. Arvutame võetud aminokarboksüülhappe moolide arvu võrrandi abil:
x=0,62/tolli=1,2 /moolis
Järgmisena arvutame aminokarboksüülhappe molaarmassi:
M=75 g/mol.
Kasutades elementide suhtelisi aatommasse, leiame aminokarboksüülhappe molaarmassi:
M(aminohapped )=(R + 74) g/mol.
Võrdsta molaarmassid, seejärel lahendage võrrand, määrake radikaali väärtus:
R + 74=75 V, R=75 V - 74=1 (võta v=1).
Valimise kaudu jõutakse järeldusele, et süsivesinikradikaali pole, seetõttu on soovitud aminohape glütsiin.
Järelikult, R=H, saame valemi CH2NH2COOH(glütsiin).
Vastus: CH2NH2COOH.
Selline ülesannete lahendamine algoritmi meetodil on võimalik ainult siis, kui õpilasel on piisavad algsed matemaatilised oskused.
Programmeerimine
Millised algoritmid siin välja näevad? Informaatika ja arvutitehnoloogia probleemide lahendamise näited nõuavad selget toimingute jada.
Korralduse rikkumisel ilmnevad erinevad süsteemivead, mis ei lase algoritmil täies mahus toimida. Programmi arendamine objektorienteeritud programmeerimise abil koosneb kahest etapist:
- graafilise kasutajaliidese loomine visuaalses režiimis;
- koodiarendus.
See lähenemine lihtsustab oluliselt programmeerimisprobleemide lahendamise algoritmi.
Seda aeganõudvat protsessi on peaaegu võimatu käsitsi hallata.
Järeldus
Leiutamisülesannete lahendamise standardalgoritm on esitatud allpool.
See on täpne ja arusaadav toimingute jada. Selle loomisel on vaja omada ülesande algandmeid, kirjeldatud objekti algolekut.
Algoritmide ülesannete lahendamise etappide esiletoomiseks on oluline määrata töö eesmärk, tuua esile käskude süsteem, mida täitja hakkab täitma.
Loodud algoritm peabolema konkreetne atribuutide komplekt:
- diskreetsus (astmeteks jaotus);
- ainulaadsus (igal toimingul on üks lahendus);
- kontseptuaalne;
- etendus.
Paljud algoritmid on massiivsed, st neid saab kasutada paljude sarnaste ülesannete lahendamiseks.
Programmeerimiskeel on spetsiaalne reeglite kogum andmete ja algoritmiliste struktuuride kirjutamiseks. Praegu kasutatakse seda kõigis teadusvaldkondades. Selle oluline aspekt on kiirus. Kui algoritm on aeglane ega taga ratsionaalset ja kiiret reageerimist, tagastatakse see ülevaatamiseks.
Mõnede ülesannete täitmise aja ei määra mitte ainult sisendandmete suurus, vaid ka muud tegurid. Näiteks olulise arvu täisarvude sortimise algoritm on lihtsam ja kiirem eeldusel, et eelsorteerimine on tehtud.
