Aiškus chemijos problemos sprendimo algoritmas yra puikus būdas prisiderinti prie galutinių šios sudėtingos disciplinos testų. 2017 metais buvo atlikti esminiai egzamino struktūros pakeitimai, iš pirmos testo dalies pašalinti klausimai su vienu atsakymu. Klausimai suformuluoti taip, kad abiturientas pademonstruotų įvairių sričių, pavyzdžiui, chemijos, žinias ir negalėtų tiesiog uždėti „varnelės“.
Pagrindiniai iššūkiai
Absolventams didžiausias sunkumas yra organinių junginių formulių išvedimo klausimai, jie negali sudaryti problemos sprendimo algoritmo.
Kaip susidoroti su tokia problema? Norint susidoroti su pasiūlyta užduotimi, svarbu žinoti chemijos uždavinių sprendimo algoritmą.
Ta pati problema būdinga ir kitoms akademinėms disciplinoms.
Veiksmų seka
Dažniausios yra junginio nustatymo pagal žinomus degimo produktus problemos, todėl siūlome apsvarstyti problemų sprendimo algoritmą naudojant pavyzdįšio tipo pratimai.
1. Tam tikros medžiagos molinės masės vertė nustatoma naudojant žinomą santykinį tam tikrų dujų tankį (jei toks yra siūlomos užduoties sąlygomis).
2. Šiame procese susidarančių medžiagų kiekį apskaičiuojame pagal dujinio junginio molinį tūrį, o skystų medžiagų – pagal tankį arba masę.
3. Apskaičiuojame visų tam tikros cheminės reakcijos produktuose esančių atomų kiekybines vertes, taip pat apskaičiuojame kiekvieno masę.
4. Mes apibendriname šias vertes, tada palyginame gautą vertę su organinio junginio mase, nurodyta sąlyga.
5. Jei pradinė masė viršija gautą vertę, darome išvadą, kad molekulėje yra deguonies.
6. Nustatome jo masę, iš nurodytos organinio junginio masės atimame visų atomų sumą.
6. Raskite deguonies atomų skaičių (moliais).
7. Nustatome visų uždavinyje esančių atomų kiekių santykį. Gauname analitės formulę.
8. Sudarome jo molekulinę versiją, molinę masę.
9. Jei jis skiriasi nuo pirmajame žingsnyje gautos reikšmės, kiekvieno atomo skaičių padidiname tam tikrą skaičių kartų.
10. Sudarykite norimos medžiagos molekulinę formulę.
11. Struktūros apibrėžimas.
12. Nurodyto proceso lygtį užrašome naudodami organinių medžiagų struktūras.
Siūlomas uždavinio sprendimo algoritmas tinka visoms užduotims, susijusioms su organinio junginio formulės išvedimu. Jis padės gimnazistamstinkamai susidoroti su egzaminu.
1 pavyzdys
Kaip turėtų atrodyti algoritminis problemų sprendimas?
Norėdami atsakyti į šį klausimą, pateikiame baigtą pavyzdį.
Sudeginus 17,5 g junginio, gauti 28 litrai anglies dvideginio, taip pat 22,5 ml vandens garų. Šio junginio garų tankis atitinka 3,125 g/l. Yra informacijos, kad analitė susidaro dehidratuojant tretinį prisotintą alkoholį. Remiantis pateiktais duomenimis:
1) atlikti tam tikrus skaičiavimus, kurių prireiks norint rasti šios organinės medžiagos molekulinę formulę;
2) parašykite jo molekulinę formulę;
3) sudaryti pradinio junginio struktūrinį vaizdą, unikaliai atspindintį atomų ryšį siūlomoje molekulėje.
Užduoties duomenys.
- m (pradinė medžiaga)- 17,5 g
- V anglies dioksidas-28L
- V vanduo – 22,5 ml
Matematinių skaičiavimų formulės:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Jei norite, su šia užduotimi galite susidoroti keliais būdais.
Pirmas būdas
1. Naudodami molinį tūrį nustatykite visų cheminės reakcijos produktų molių skaičių.
nCO2=1,25 mol
2. Atskleidžiame kiekybinį pirmojo elemento (anglies) kiekį šio proceso produkte.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Apskaičiuokite elemento masę.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Nustatykite vandens garų masę, žinodami, kad tankis yra 1g/ml.
mH2O yra 22,5 g
Atskleidžiame reakcijos produkto (vandens garų) kiekį.
n vandens=1,25 mol
6. Apskaičiuojame kiekybinį elemento (vandenilio) kiekį reakcijos produkte.
nH=2n (vanduo)=2,5 mol
7. Nustatykite šio elemento masę.
mH=2,5 g
8. Susukime elementų mases, kad nustatytų deguonies atomų buvimą (nebuvimą) molekulėje.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Tai atitinka problemos duomenis, todėl norimoje organinėje medžiagoje deguonies atomų nėra.
9. Santykio radimas.
CH2yra paprasčiausia formulė.
10. Apskaičiuokite norimos medžiagos M pagal tankį.
M medžiagos=70 g/mol.
n-5, medžiaga atrodo taip: C5H10.
Sąlyga sako, kad medžiaga gaunama dehidratuojant alkoholį, todėl ji yra alkenas.
Antra parinktis
Panagrinėkime kitą problemos sprendimo algoritmą.
1. Žinodami, kad ši medžiaga gaunama dehidratuojant alkoholius, darome išvadą, kad ji gali priklausyti alkenų klasei.
2. Raskite norimos medžiagos vertę M naudodami tankį.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) junginiui yra: 12n + 2n.
4. Apskaičiuojame kiekybinę anglies atomų vertę etileno angliavandenilio molekulėje.
14 n=70, n=5, taigi molekulinėmedžiagos formulė atrodo taip: C5H10n.
Šios problemos duomenys sako, kad medžiaga gaunama dehidratuojant tretinį alkoholį, todėl ji yra alkenas.
Kaip sukurti problemos sprendimo algoritmą? Studentas turi žinoti, kaip gauti įvairių organinių junginių klasių atstovų, turi specifines jų chemines savybes.
2 pavyzdys
Pabandykime nustatyti problemos sprendimo algoritmą naudodami kitą pavyzdį iš USE.
Visiškai sudeginus 22,5 g alfa-aminokarboksirūgšties atmosferos deguonyje, buvo galima surinkti 13,44 litro (N. O.) anglies monoksido (4) ir 3,36 l (N. O.) azoto. Raskite siūlomos rūgšties formulę.
Duomenys pagal sąlygą.
- m(aminorūgštys) -22,5 g;
- √(anglies dioksidas ) -13,44 litro;
- √(azotas) -3, 36 m.
Formulės.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Problemos sprendimui naudojame standartinį algoritmą.
Raskite kiekybinę sąveikos produktų vertę.
(azotas)=0,15 mol.Užrašykite cheminę lygtį (taikome bendrąją formulę). Be to, pagal reakciją, žinodami medžiagos kiekį, apskaičiuojame aminokarboksirūgšties molių skaičių:
x – 0,3 mol.
Apskaičiuokite aminokarboksirūgšties molinę masę.
M(pradinė medžiaga )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Apskaičiuokite originalo molinę masęaminokarboksirūgštis, naudojant santykines elementų atomines mases.
M(aminorūgštys )=(R+74) g/mol.
Matematiškai nustatykite angliavandenilio radikalą.
R + 74=75, R=75–74=1.
Pasirinkdami nustatome angliavandenilio radikalo variantą, užrašome norimos aminokarboksirūgšties formulę, suformuluojame atsakymą.
Todėl šiuo atveju yra tik vandenilio atomas, todėl turime formulę CH2NH2COOH (glicinas).
Atsakymas: CH2NH2COOH.
Alternatyvus sprendimas
Antras problemos sprendimo algoritmas yra toks.
Apskaičiuojame kiekybinę reakcijos produktų išraišką, naudodami molinio tūrio reikšmę.
(anglies dioksidas )=0,6 mol.Užrašome cheminį procesą, apsiginkluotą bendra šios klasės junginių formule. Apskaičiuojame paimtos aminokarboksirūgšties molių skaičių pagal lygtį:
x=0,62/in=1,2 /mol
Toliau apskaičiuojame aminokarboksirūgšties molinę masę:
M=75 g/mol.
Naudodami santykines elementų atomines mases randame aminokarboksirūgšties molinę masę:
M(aminorūgštys )=(R + 74) g/mol.
Palyginkite molines mases, tada išspręskite lygtį, nustatykite radikalo reikšmę:
R + 74=75 V, R=75 V - 74=1 (imkite v=1).
Atrankos metu daroma išvada, kad angliavandenilio radikalo nėra, todėl norima aminorūgštis yra glicinas.
Vadinasi, R=H, gauname formulę CH2NH2COOH(glicinas).
Atsakymas: CH2NH2COOH.
Toks uždavinių sprendimas algoritmo metodu įmanomas tik tuo atveju, jei mokinys turi pakankamai pagrindinių matematinių įgūdžių.
Programavimas
Kaip čia atrodo algoritmai? Informatikos ir kompiuterinių technologijų problemų sprendimo pavyzdžiai reikalauja aiškios veiksmų sekos.
Pažeidus užsakymą, atsiranda įvairių sistemos klaidų, kurios neleidžia visiškai funkcionuoti algoritmui. Programos kūrimas naudojant objektinį programavimą susideda iš dviejų žingsnių:
- grafinės sąsajos kūrimas vaizdiniu režimu;
- kodo kūrimas.
Šis metodas labai supaprastina programavimo problemų sprendimo algoritmą.
Rankiniu būdu beveik neįmanoma valdyti šio daug laiko reikalaujančio proceso.
Išvada
Standartinis išradimo uždavinių sprendimo algoritmas pateiktas žemiau.
Tai tiksli ir suprantama veiksmų seka. Ją kuriant būtina turėti pradinius užduoties duomenis, pradinę aprašomo objekto būseną.
Siekiant išryškinti algoritmų uždavinių sprendimo etapus, svarbu nustatyti darbo tikslą, išryškinti komandų sistemą, kurią vykdys vykdytojas.
Sukurtas algoritmas turi būtibūti tam tikras ypatybių rinkinys:
- diskretumas (skirstymas į žingsnius);
- unikalumas (kiekvienas veiksmas turi vieną sprendimą);
- konceptualus;
- performansas.
Daugelis algoritmų yra didžiuliai, tai yra, jais galima išspręsti daug panašių užduočių.
Programavimo kalba yra specialus duomenų ir algoritminių struktūrų rašymo taisyklių rinkinys. Šiuo metu jis naudojamas visose mokslo srityse. Svarbus jo aspektas yra greitis. Jei algoritmas lėtas, negarantuoja racionalaus ir greito atsakymo, jis grąžinamas peržiūrėti.
Kai kurių užduočių vykdymo laiką lemia ne tik įvesties duomenų dydis, bet ir kiti veiksniai. Pavyzdžiui, didelio skaičiaus sveikųjų skaičių rūšiavimo algoritmas yra paprastesnis ir greitesnis, jei buvo atliktas išankstinis rūšiavimas.
