Przejrzysty algorytm rozwiązywania problemu w chemii to świetny sposób na dostrojenie się do końcowych testów w tej złożonej dyscyplinie. W 2017 roku dokonano istotnych zmian w strukturze egzaminu, z pierwszej części testu usunięto pytania z jedną odpowiedzią. Sformułowanie pytań jest podane w taki sposób, aby absolwent wykazał się wiedzą z różnych dziedzin, np. chemii, i nie mógł po prostu odhaczyć.
Główne wyzwania
Maksymalną trudnością dla absolwentów są pytania o wyprowadzenie wzorów związków organicznych, nie potrafią ułożyć algorytmu rozwiązania problemu.
Jak sobie poradzić z takim problemem? Aby poradzić sobie z proponowanym zadaniem, ważna jest znajomość algorytmu rozwiązywania problemów w chemii.
Ten sam problem jest typowy dla innych dyscyplin akademickich.
Sekwencja działań
Najczęstsze są problemy wyznaczania związku na podstawie znanych produktów spalania, dlatego proponujemy rozważenie algorytmu rozwiązywania problemów na przykładzietego typu ćwiczenia.
1. Wartość masy molowej danej substancji określa się przy użyciu znanej gęstości względnej dla jakiegoś gazu (jeśli występuje w warunkach proponowanego zadania).
2. Ilość substancji powstających w tym procesie obliczamy przez objętość molową dla związku gazowego, przez gęstość lub masę dla substancji ciekłych.
3. Obliczamy wartości ilościowe wszystkich atomów w produktach danej reakcji chemicznej, a także obliczamy masy każdego z nich.
4. Podsumowujemy te wartości, a następnie porównujemy otrzymaną wartość z masą związku organicznego podaną przez warunek.
5. Jeżeli masa początkowa przekracza uzyskaną wartość, dochodzimy do wniosku, że w cząsteczce obecny jest tlen.
6. Określamy jego masę, odejmujemy w tym celu od podanej masy związku organicznego sumę wszystkich atomów.
6. Znajdź liczbę atomów tlenu (w molach).
7. Określamy stosunek ilości wszystkich atomów występujących w zadaniu. Otrzymujemy wzór analitu.
8. Tworzymy jego wersję molekularną, masę molową.
9. Jeśli różni się od wartości uzyskanej w pierwszym kroku, zwiększamy liczbę każdego atomu określoną liczbę razy.
10. Skomponuj wzór cząsteczkowy pożądanej substancji.
11. Definiowanie struktury.
12. Piszemy równanie wskazanego procesu za pomocą struktur substancji organicznych.
Zaproponowany algorytm rozwiązania problemu jest odpowiedni dla wszystkich zadań związanych z wyprowadzeniem wzoru związku organicznego. Pomoże uczniom szkół średnichodpowiednio radzić sobie z egzaminem.
Przykład 1
Jak powinno wyglądać algorytmiczne rozwiązywanie problemów?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, oto gotowy przykład.
Podczas spalania 17,5 g związku uzyskano 28 litrów dwutlenku węgla oraz 22,5 ml pary wodnej. Gęstość pary tego związku odpowiada 3,125 g/l. Istnieją informacje, że analit powstaje podczas odwadniania trzeciorzędowego alkoholu nasyconego. Na podstawie dostarczonych danych:
1) wykonać pewne obliczenia, które będą wymagane do znalezienia wzoru cząsteczkowego tej substancji organicznej;
2) napisz jego wzór cząsteczkowy;
3) utwórz widok strukturalny oryginalnego związku, unikalnie odzwierciedlając połączenie atomów w proponowanej cząsteczce.
Dane zadania.
- m (materiał wyjściowy) - 17,5g
- V dwutlenek węgla-28L
- V woda-22,5ml
Wzory do obliczeń matematycznych:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Jeśli chcesz, możesz poradzić sobie z tym zadaniem na kilka sposobów.
Pierwszy sposób
1. Określ liczbę moli wszystkich produktów reakcji chemicznej za pomocą objętości molowej.
nCO2=1,25 mol
2. Ujawniamy ilościową zawartość pierwszego pierwiastka (węgla) w produkcie tego procesu.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Oblicz masę elementu.
mC=1,25 mola12g/mol=15 g.
Określ masę pary wodnej, wiedząc, że gęstość wynosi 1g/ml.
mH2O to 22,5g
Pokazujemy ilość produktu reakcji (pary wodnej).
n woda=1,25 mol
6. Obliczamy ilościową zawartość pierwiastka (wodoru) w produkcie reakcji.
nH=2n (woda)=2,5 mol
7. Określ masę tego elementu.
mH=2,5g
8. Zsumujmy masy pierwiastków, aby określić obecność (brak) atomów tlenu w cząsteczce.
mC + mH=1 5g + 2.5g=17.5g
Odpowiada to danym problemu, dlatego w pożądanej materii organicznej nie ma atomów tlenu.
9. Znalezienie stosunku.
CH2to najprostsza formuła.
10. Oblicz M żądanej substancji za pomocą gęstości.
M substancja=70 g/mol.
n-5, substancja wygląda tak: C5H10.
Warunek mówi, że substancja jest otrzymywana przez odwodnienie alkoholu, dlatego jest to alken.
Druga opcja
Rozważmy inny algorytm rozwiązania problemu.
1. Wiedząc, że ta substancja jest otrzymywana przez odwodnienie alkoholi, dochodzimy do wniosku, że może ona należeć do klasy alkenów.
2. Znajdź wartość M żądanej substancji za pomocą gęstości.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) dla związku wynosi: 12n + 2n.
4. Obliczamy ilościową wartość atomów węgla w cząsteczce węglowodoru etylenowego.
14 n=70, n=5, więc cząsteczkawzór substancji wygląda następująco: C5H10n.
Dane dotyczące tego problemu mówią, że substancja jest otrzymywana przez odwodnienie trzeciorzędowego alkoholu, dlatego jest to alken.
Jak stworzyć algorytm rozwiązywania problemu? Student musi umieć pozyskiwać przedstawicieli różnych klas związków organicznych, posiada ich specyficzne właściwości chemiczne.
Przykład 2
Spróbujmy zidentyfikować algorytm do rozwiązania problemu na innym przykładzie z USE.
Przy całkowitym spaleniu 22,5 grama kwasu alfa-aminokarboksylowego w tlenie atmosferycznym udało się zebrać 13,44 litra (NO) tlenku węgla (4) i 3,36 litra (NO) azotu. Znajdź wzór sugerowanego kwasu.
Dane według stanu.
- m(aminokwasy) -22,5 g;
- √(dwutlenek węgla ) -13,44 litra;
- √(azot) -3, 36 l.
Formuły.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Do rozwiązania problemu używamy standardowego algorytmu.
Znajdź ilościową wartość produktów interakcji.
(azot)=0,15 mol.Zapisz równanie chemiczne (stosujemy ogólny wzór). Ponadto, zgodnie z reakcją, znając ilość substancji, obliczamy liczbę moli kwasu aminokarboksylowego:
x - 0,3 mola
Oblicz masę molową kwasu aminokarboksylowego.
M(substancja początkowa )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol
Oblicz masę molową oryginałukwas aminokarboksylowy przy użyciu względnych mas atomowych pierwiastków.
M(aminokwasy )=(R+74) g/mol.
Wyznacz matematycznie rodnik węglowodorowy.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Wybierając, identyfikujemy wariant rodnika węglowodorowego, zapisujemy wzór pożądanego kwasu aminokarboksylowego, formułujemy odpowiedź.
W konsekwencji w tym przypadku występuje tylko atom wodoru, więc mamy wzór CH2NH2COOH (glicyna).
Odpowiedź: CH2NH2COOH.
Rozwiązanie alternatywne
Drugi algorytm rozwiązywania problemu wygląda następująco.
Obliczamy ilościową ekspresję produktów reakcji, korzystając z wartości objętości molowej.
(dwutlenek węgla )=0,6 mol.Spisujemy proces chemiczny, uzbrojony w ogólny wzór tej klasy związków. Obliczamy z równania liczbę moli pobranego kwasu aminokarboksylowego:
x=0,62/in=1,2 /in mol
Następnie obliczamy masę molową kwasu aminokarboksylowego:
M=75 w g/mol.
Używając względnych mas atomowych pierwiastków, znajdujemy masę molową kwasu aminokarboksylowego:
M(aminokwasy )=(R + 74) g/mol.
Wyrównaj masy molowe, a następnie rozwiąż równanie, określ wartość pierwiastka:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (weź v=1).
Poprzez selekcję dochodzi się do wniosku, że nie ma rodnika węglowodorowego, dlatego pożądanym aminokwasem jest glicyna.
W konsekwencji, R=H, otrzymujemy wzór CH2NH2COOH(glicyna).
Odpowiedź: CH2NH2COOH.
Takie rozwiązywanie problemów metodą algorytmu jest możliwe tylko wtedy, gdy uczeń posiada wystarczające podstawowe umiejętności matematyczne.
Programowanie
Jak wyglądają tutaj algorytmy? Przykłady rozwiązywania problemów w informatyce i technice komputerowej wymagają jasnej sekwencji działań.
Gdy zamówienie jest naruszone, pojawiają się różne błędy systemowe, które uniemożliwiają działanie algorytmu w pełni. Tworzenie programu przy użyciu programowania obiektowego składa się z dwóch kroków:
- tworzenie GUI w trybie wizualnym;
- tworzenie kodu.
To podejście znacznie upraszcza algorytm rozwiązywania problemów programistycznych.
Ręczne zarządzanie tym czasochłonnym procesem jest prawie niemożliwe.
Wniosek
Standardowy algorytm rozwiązywania problemów wynalazczych jest przedstawiony poniżej.
To precyzyjna i zrozumiała sekwencja działań. Przy jego tworzeniu konieczne jest posiadanie danych początkowych zadania, stanu początkowego opisywanego obiektu.
W celu wyróżnienia etapów rozwiązywania problemów algorytmów ważne jest określenie celu pracy, wyróżnienie systemu poleceń, które będą wykonywane przez wykonawcę.
Utworzony algorytm musibyć określonym zestawem właściwości:
- dyskretność (podział na etapy);
- wyjątkowość (każda akcja ma jedno rozwiązanie);
- koncepcyjny;
- wydajność.
Wiele algorytmów jest ogromnych, co oznacza, że można ich użyć do rozwiązania wielu podobnych zadań.
Język programowania to specjalny zestaw reguł zapisu danych i struktur algorytmicznych. Obecnie jest stosowany we wszystkich dziedzinach nauki. Jej ważnym aspektem jest szybkość. Jeśli algorytm jest powolny, nie gwarantuje racjonalnej i szybkiej odpowiedzi, jest zwracany do rewizji.
Czas wykonania niektórych zadań zależy nie tylko od wielkości danych wejściowych, ale także od innych czynników. Na przykład algorytm sortowania znacznej liczby liczb całkowitych jest prostszy i szybszy, pod warunkiem, że zostało przeprowadzone wstępne sortowanie.
