Un chiaro algoritmo per risolvere un problema di chimica è un ottimo modo per sintonizzarsi sui test finali in questa complessa disciplina. Nel 2017 sono state apportate modifiche significative alla struttura dell'esame, le domande con una risposta sono state rimosse dalla prima parte del test. La formulazione delle domande è data in modo tale che il laureato dimostri conoscenze in vari settori, ad esempio la chimica, e non possa semplicemente mettere un "segno di spunta".
Sfide principali
La difficoltà massima per i laureati sono le domande sulla derivazione di formule di composti organici, non possono comporre un algoritmo per risolvere il problema.
Come affrontare un problema del genere? Per far fronte al compito proposto, è importante conoscere l'algoritmo per risolvere i problemi di chimica.
Lo stesso problema è tipico di altre discipline accademiche.
Sequenza di azioni
I più comuni sono i problemi di determinazione del composto mediante prodotti di combustione noti, quindi proponiamo di considerare l'algoritmo per risolvere i problemi usando un esempioquesto tipo di esercizio.
1. Il valore della massa molare di una data sostanza è determinato utilizzando la densità relativa nota per alcuni gas (se presente nelle condizioni dell'attività proposta).
2. Calcoliamo la quantità di sostanze formate in questo processo attraverso il volume molare per un composto gassoso, attraverso la densità o massa per le sostanze liquide.
3. Calcoliamo i valori quantitativi di tutti gli atomi nei prodotti di una data reazione chimica e calcoliamo anche la massa di ciascuno.
4. Riassumiamo questi valori, quindi confrontiamo il valore ottenuto con la massa del composto organico data dalla condizione.
5. Se la massa iniziale supera il valore ottenuto, concludiamo che l'ossigeno è presente nella molecola.
6. Determiniamo la sua massa, sottraiamo per questo dalla massa data del composto organico la somma di tutti gli atomi.
6. Trova il numero di atomi di ossigeno (in moli).
7. Determiniamo il rapporto tra le quantità di tutti gli atomi presenti nel problema. Otteniamo la formula dell'analita.
8. Componiamo la sua versione molecolare, la massa molare.
9. Se differisce dal valore ottenuto nel primo passaggio, aumentiamo il numero di ciascun atomo di un certo numero di volte.
10. Componi la formula molecolare della sostanza desiderata.
11. Definizione della struttura.
12. Scriviamo l'equazione del processo indicato usando le strutture delle sostanze organiche.
L'algoritmo proposto per risolvere il problema è adatto a tutti i compiti relativi alla derivazione della formula di un composto organico. Aiuterà gli studenti delle scuole superioriaffrontare adeguatamente l'esame.
Esempio 1
Come dovrebbe essere la risoluzione algoritmica dei problemi?
Per rispondere a questa domanda, ecco un campione finito.
Quando si bruciano 17,5 g del composto, si ottengono 28 litri di anidride carbonica, oltre a 22,5 ml di vapore acqueo. La densità di vapore di questo composto corrisponde a 3,125 g/l. Ci sono informazioni che l'analita si forma durante la disidratazione dell'alcol saturo terziario. Sulla base dei dati forniti:
1) eseguire alcuni calcoli che saranno necessari per trovare la formula molecolare di questa sostanza organica;
2) scrivi la sua formula molecolare;
3) fanno una vista strutturale del composto originale, riflettendo in modo univoco la connessione degli atomi nella molecola proposta.
Dati attività.
- m (materiale di partenza)- 17,5 g
- V anidride carbonica-28L
- V acqua-22,5 ml
Formule per calcoli matematici:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Se lo desideri, puoi affrontare questo compito in diversi modi.
Prima via
1. Determina il numero di moli di tutti i prodotti di una reazione chimica usando il volume molare.
nCO2=1,25 mol
2. Riveliamo il contenuto quantitativo del primo elemento (carbonio) nel prodotto di questo processo.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Calcola la massa dell'elemento.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Determina la massa del vapore acqueo, sapendo che la densità è 1g/ml.
mH2O è 22,5 g
Riveliamo la quantità del prodotto di reazione (vapore acqueo).
n acqua=1,25 mol
6. Calcoliamo il contenuto quantitativo dell'elemento (idrogeno) nel prodotto di reazione.
nH=2n (acqua)=2,5 mol
7. Determina la massa di questo elemento.
mH=2,5g
8. Riassumiamo le masse degli elementi per determinare la presenza (assenza) di atomi di ossigeno nella molecola.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Questo corrisponde ai dati del problema, quindi non ci sono atomi di ossigeno nella materia organica desiderata.
9. Trovare il rapporto.
CH2è la formula più semplice.
10. Calcola M della sostanza desiderata usando la densità.
M sostanza=70 g/mol.
n-5, la sostanza si presenta così: C5H10.
La condizione dice che la sostanza è ottenuta dalla disidratazione dell'alcol, quindi è un alchene.
Seconda opzione
Consideriamo un altro algoritmo per risolvere il problema.
1. Sapendo che questa sostanza si ottiene per disidratazione degli alcoli, concludiamo che possa appartenere alla classe degli alcheni.
2. Trova il valore M della sostanza desiderata usando la densità.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) per un composto è: 12n + 2n.
4. Calcoliamo il valore quantitativo degli atomi di carbonio in una molecola di idrocarburo di etilene.
14 n=70, n=5, quindi il molecolarela formula di una sostanza è simile a: C5H10n.
I dati relativi a questo problema dicono che la sostanza è ottenuta dalla disidratazione di un alcol terziario, quindi è un alchene.
Come creare un algoritmo per risolvere un problema? Lo studente deve sapere come ottenere rappresentanti di diverse classi di composti organici, possiede le loro proprietà chimiche specifiche.
Esempio 2
Proviamo a identificare un algoritmo per risolvere il problema usando un altro esempio tratto da USE.
Con la combustione completa di 22,5 grammi di acido alfa-aminocarbossilico in ossigeno atmosferico, è stato possibile raccogliere 13,44 litri (N. O.) di monossido di carbonio (4) e 3,36 L (N. O.) di azoto. Trova la formula dell'acido suggerito.
Dati per condizione.
- m(aminoacidi) -22,5 g;
- √(anidride carbonica ) -13,44 litri;
- √(azoto) -3, 36 anni
Formule.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Utilizziamo l'algoritmo standard per risolvere il problema.
Trova il valore quantitativo dei prodotti di interazione.
(azoto)=0,15 mol.Scrivi l'equazione chimica (applichiamo la formula generale). Inoltre, in base alla reazione, conoscendo la quantità di sostanza, calcoliamo il numero di moli di acido aminocarbossilico:
x - 0,3 mol.
Calcola la massa molare di un acido aminocarbossilico.
M(sostanza di partenza )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol
Calcola la massa molare dell'originaleacido aminocarbossilico utilizzando le masse atomiche relative degli elementi.
M(aminoacidi )=(R+74) g/mol.
Determina matematicamente il radicale idrocarburico.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Per selezione, identifichiamo la variante del radicale idrocarburico, scriviamo la formula dell'acido aminocarbossilico desiderato, formuliamo la risposta.
Di conseguenza, in questo caso c'è solo un atomo di idrogeno, quindi abbiamo la formula CH2NH2COOH (glicina).
Risposta: CH2NH2COOH.
Soluzione alternativa
Il secondo algoritmo per risolvere il problema è il seguente.
Calcoliamo l'espressione quantitativa dei prodotti di reazione, utilizzando il valore del volume molare.
(anidride carbonica )=0,6 mol.Scriviamo il processo chimico, armati della formula generale di questa classe di composti. Calcoliamo con l'equazione il numero di moli dell'acido aminocarbossilico preso:
x=0,62/in=1,2 /in mol
Successivamente, calcoliamo la massa molare dell'acido aminocarbossilico:
M=75 in g/mol.
Usando le masse atomiche relative degli elementi, troviamo la massa molare di un acido aminocarbossilico:
M(aminoacidi )=(R + 74) g/mol.
Equipaggiare le masse molari, quindi risolvere l'equazione, determinare il valore del radicale:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (prendi v=1).
Attraverso la selezione si giunge alla conclusione che non esiste un radicale idrocarburico, quindi l'amminoacido desiderato è la glicina.
Di conseguenza, R=H, otteniamo la formula CH2NH2COOH(glicina).
Risposta: CH2NH2COOH.
Tale risoluzione dei problemi con il metodo di un algoritmo è possibile solo se lo studente ha sufficienti competenze matematiche di base.
Programmazione
Come sono gli algoritmi qui? Esempi di risoluzione di problemi in informatica e tecnologia informatica richiedono una chiara sequenza di azioni.
Quando l'ordine viene violato, si verificano vari errori di sistema che non consentono all'algoritmo di funzionare completamente. Lo sviluppo di un programma utilizzando la programmazione orientata agli oggetti consiste in due passaggi:
- creazione di una GUI in modalità visiva;
- sviluppo del codice.
Questo approccio semplifica notevolmente l'algoritmo per la risoluzione dei problemi di programmazione.
Manualmente è quasi impossibile gestire questo lungo processo.
Conclusione
L'algoritmo standard per la risoluzione di problemi inventivi è presentato di seguito.
Questa è una sequenza di azioni precisa e comprensibile. Durante la creazione, è necessario possedere i dati iniziali dell'attività, lo stato iniziale dell'oggetto descritto.
Per evidenziare le fasi di risoluzione dei problemi degli algoritmi, è importante determinare lo scopo del lavoro, evidenziare il sistema di comandi che verranno eseguiti dall'esecutore.
L'algoritmo creato deveessere un insieme specifico di proprietà:
- discrezione (divisione in gradini);
- unicità (ogni azione ha una soluzione);
- concettuale;
- performance.
Molti algoritmi sono enormi, ovvero possono essere utilizzati per risolvere molti compiti simili.
Un linguaggio di programmazione è un insieme speciale di regole per scrivere dati e strutture algoritmiche. Attualmente è utilizzato in tutti i campi scientifici. Il suo aspetto importante è la velocità. Se l'algoritmo è lento, non garantisce una risposta razionale e veloce, viene restituito per la revisione.
Il tempo di esecuzione di alcune attività è determinato non solo dalla dimensione dei dati di input, ma anche da altri fattori. Ad esempio, l'algoritmo per ordinare un numero significativo di interi è più semplice e veloce, a condizione che sia stato eseguito un ordinamento preliminare.
