אלגוריתם ברור לפתרון בעיה בכימיה הוא דרך מצוינת להתכוונן למבחנים אחרונים בדיסציפלינה מורכבת זו. בשנת 2017 בוצעו שינויים מהותיים במבנה הבחינה, שאלות עם תשובה אחת הוסרו מהחלק הראשון של המבחן. נוסח השאלות ניתן כך שהבוגר מפגין ידע בתחומים שונים, למשל כימיה, ואינו יכול פשוט לשים "סימון".
אתגרים עיקריים
הקושי המקסימלי לבוגרים הוא שאלות על גזירת נוסחאות של תרכובות אורגניות, הם לא יכולים להרכיב אלגוריתם לפתרון הבעיה.
איך מתמודדים עם בעיה כזו? על מנת להתמודד עם המשימה המוצעת, חשוב להכיר את האלגוריתם לפתרון בעיות בכימיה.
אותה בעיה אופיינית לדיסציפלינות אקדמיות אחרות.
רצף הפעולות
השכיחות ביותר הן הבעיות של קביעת התרכובת לפי תוצרי בעירה ידועים, לכן אנו מציעים לשקול את האלגוריתם לפתרון בעיות באמצעות דוגמהסוג זה של תרגיל.
1. ערך המסה המולרית של חומר נתון נקבע באמצעות הצפיפות היחסית הידועה עבור גז כלשהו (אם קיים במצב המשימה המוצעת).
2. אנו מחשבים את כמות החומרים הנוצרים בתהליך זה דרך הנפח הטוחן עבור תרכובת גז, דרך הצפיפות או המסה עבור חומרים נוזליים.
3. אנו מחשבים את הערכים הכמותיים של כל האטומים בתוצרים של תגובה כימית נתונה, וכן מחשבים את המסה של כל אחד מהם.
4. אנו מסכמים את הערכים הללו, ולאחר מכן נשווה את הערך המתקבל עם המסה של התרכובת האורגנית הניתנת על ידי התנאי.
5. אם המסה ההתחלתית עולה על הערך שהושג, נסיק שחמצן קיים במולקולה.
6. אנו קובעים את המסה שלו, מחסירים עבור זה מהמסה הנתונה של התרכובת האורגנית את סכום כל האטומים.
6. מצא את מספר אטומי החמצן (בשומות).
7. אנו קובעים את היחס בין הכמויות של כל האטומים הקיימים בבעיה. אנו מקבלים את הנוסחה של האנליט.
8. אנו מרכיבים את הגרסה המולקולרית שלו, המסה הטוחנית.
9. אם הוא שונה מהערך שהתקבל בשלב הראשון, נגדיל את מספר כל אטום במספר מסוים של פעמים.
10. חבר את הנוסחה המולקולרית של החומר הרצוי.
11. הגדרת המבנה.
12. אנו כותבים את משוואת התהליך המצוין תוך שימוש במבנים של חומרים אורגניים.
האלגוריתם המוצע לפתרון הבעיה מתאים לכל המשימות הקשורות לגזירת הנוסחה של תרכובת אורגנית. הוא יעזור לתלמידי תיכוןהתמודדות נאותה עם הבחינה.
דוגמה 1
איך צריך להיראות פתרון בעיות אלגוריתמי?
כדי לענות על שאלה זו, הנה דוגמה מוגמרת.
בעת שריפת 17.5 גרם מהתרכובת התקבלו 28 ליטר פחמן דו חמצני וכן 22.5 מ ל אדי מים. צפיפות האדים של תרכובת זו מתאימה ל-3.125 גרם/ליטר. יש מידע שהאנליט נוצר במהלך התייבשות של אלכוהול רווי שלישוני. בהתבסס על הנתונים שסופקו:
1) לבצע חישובים מסוימים שיידרשו כדי למצוא את הנוסחה המולקולרית של החומר האורגני הזה;
2) כתוב את הנוסחה המולקולרית שלו;
3) הצגה מבנית של התרכובת המקורית, המשקפת באופן ייחודי את החיבור של אטומים במולקולה המוצעת.
נתוני משימות.
- m (חומר התחלתי)- 17.5g
- V פחמן דו חמצני-28L
- V מים-22.5 מ"ל
נוסחאות לחישובים מתמטיים:
- √=√ mn
- √=m/ρ
אם תרצה, תוכל להתמודד עם משימה זו בכמה דרכים.
דרך ראשונה
1. קבע את מספר השומות של כל התוצרים של תגובה כימית באמצעות נפח מולרי.
nCO2=1.25 מול
2. אנו חושפים את התוכן הכמותי של היסוד הראשון (פחמן) בתוצר של תהליך זה.
nC=nCO2=, 25 mol
3. חשב את המסה של היסוד.
mC=1.25 מול12גרם/מול=15 גרם.
קבע את מסת אדי המים, בידיעה שהצפיפות היא 1g/ml.
mH2O הוא 22.5g
אנו חושפים את כמות תוצר התגובה (אדי מים).
n מים=1.25 מול
6. אנו מחשבים את התוכן הכמותי של היסוד (מימן) בתוצר התגובה.
nH=2n (מים)=2.5 מול
7. קבע את המסה של יסוד זה.
mH=2.5g
8. בואו נסכם את המסות של היסודות כדי לקבוע את נוכחותם (היעדר) של אטומי חמצן במולקולה.
mC + mH=1 5g + 2.5g=17.5g
זה מתאים לנתוני הבעיה, לכן, אין אטומי חמצן בחומר האורגני הרצוי.
9. מציאת היחס.
CH2היא הנוסחה הפשוטה ביותר.
10. חשב את M של החומר הרצוי באמצעות הצפיפות.
M חומר=70 גרם/מול.
n-5, החומר נראה כך: C5H10.
התנאי אומר שהחומר מתקבל על ידי התייבשות של אלכוהול, לכן, זהו אלקן.
אפשרות שנייה
בואו נשקול אלגוריתם אחר לפתרון הבעיה.
1. בידיעה שחומר זה מתקבל על ידי התייבשות של אלכוהולים, אנו מסיקים שהוא עשוי להשתייך למחלקת האלקנים.
2. מצא את הערך M של החומר הרצוי באמצעות הצפיפות.
M in=70 גרם/מול.
3. M (g/mol) עבור תרכובת הוא: 12n + 2n.
4. אנו מחשבים את הערך הכמותי של אטומי פחמן במולקולת אתילן פחמימנית.
14 n=70, n=5, אז המולקולריתהנוסחה של חומר נראית כך: C5H10n.
הנתונים לבעיה זו אומרים שהחומר מתקבל מהתייבשות של אלכוהול שלישוני, ולכן הוא אלקן.
איך יוצרים אלגוריתם לפתרון בעיה? התלמיד חייב לדעת איך להשיג נציגים של מחלקות שונות של תרכובות אורגניות, בעל התכונות הכימיות הספציפיות שלהן.
דוגמה 2
בוא ננסה לזהות אלגוריתם לפתרון הבעיה באמצעות דוגמה אחרת מה-USE.
עם בעירה מלאה של 22.5 גרם חומצה אלפא-אמינו-קרבוקסילית בחמצן אטמוספרי, ניתן היה לאסוף 13.44 ליטר (N. O.) של פחמן חד-חמצני (4) ו-3.36 L (N. O.) של חנקן. מצא את הנוסחה של החומצה המוצעת.
נתונים לפי תנאי.
- m(חומצות אמינו) -22.5 גרם;
- √(פחמן דו חמצני ) -13.44 ליטר;
- √(חנקן) -3, 36 y.
נוסחאות.
- m=Mn;
- √=√ mn.
אנו משתמשים באלגוריתם הסטנדרטי לפתרון הבעיה.
מצא את הערך הכמותי של מוצרי אינטראקציה.
(חנקן)=0.15 מול.רשום את המשוואה הכימית (אנחנו מיישמים את הנוסחה הכללית). יתרה מכך, על פי התגובה, תוך ידיעת כמות החומר, אנו מחשבים את מספר המול של חומצה אמינו-קרבוקסילית:
x - 0.3 מול.
חשב את המסה המולרית של חומצה אמינו-קרבוקסילית.
M(חומר התחלתי )=m/n=22.5 גרם/0.3 מול=75 גרם/מול.
חשב את המסה הטוחנית של המקורחומצה אמינו-קרבוקסילית תוך שימוש במסה האטומית היחסית של היסודות.
M(חומצות אמינו )=(R+74) g/mol.
קבע באופן מתמטי את הרדיקל הפחמימני.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
לפי בחירה, אנו מזהים את הגרסה של רדיקל הפחמימנים, רושמים את הנוסחה של החומצה האמינו-קרבוקסילית הרצויה, מנסחים את התשובה.
כתוצאה מכך, במקרה זה יש רק אטום מימן, אז יש לנו את הנוסחה CH2NH2COOH (גליצין).
תשובה: CH2NH2COOH.
פתרון חלופי
האלגוריתם השני לפתרון הבעיה הוא כדלקמן.
אנחנו מחשבים את הביטוי הכמותי של תוצרי התגובה, תוך שימוש בערך הנפח הטוחני.
(פחמן דו חמצני )=0.6 מול.אנו רושמים את התהליך הכימי, חמושים בנוסחה הכללית של מחלקה זו של תרכובות. אנו מחשבים באמצעות המשוואה את מספר המול של החומצה האמינו-קרבוקסילית שנלקחה:
x=0.62/in=1.2 /in mol
לאחר מכן, אנו מחשבים את המסה המולרית של החומצה האמינו-קרבוקסילית:
M=75 אינג'/מול.
באמצעות המסה האטומית היחסית של היסודות, נמצא את המסה המולרית של חומצה אמינו-קרבוקסילית:
M(חומצות אמינו )=(R + 74) g/mol.
שווה את המסות הטוחנות, ואז פתור את המשוואה, קבע את הערך של הרדיקל:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (קח v=1).
באמצעות בחירה מגיעים למסקנה שאין רדיקל פחמימני, לכן חומצת האמינו הרצויה היא גליצין.
כתוצאה מכך, R=H, נקבל את הנוסחה CH2NH2COOH(גליצין).
תשובה: CH2NH2COOH.
פתרון בעיות כזה בשיטת אלגוריתם אפשרי רק אם לתלמיד יש מספיק כישורים מתמטיים בסיסיים.
תכנות
איך נראים האלגוריתמים כאן? דוגמאות לפתרון בעיות באינפורמטיקה וטכנולוגיית מחשבים דורשות רצף ברור של פעולות.
כאשר הצו מופר, מתרחשות שגיאות מערכת שונות שאינן מאפשרות לאלגוריתם לפעול במלואו. פיתוח תוכנית באמצעות תכנות מונחה עצמים מורכב משני שלבים:
- יצירת GUI במצב חזותי;
- פיתוח קוד.
גישה זו מפשטת מאוד את האלגוריתם לפתרון בעיות תכנות.
באופן ידני כמעט בלתי אפשרי לנהל את התהליך שגוזל זמן זה.
מסקנה
האלגוריתם הסטנדרטי לפתרון בעיות המצאתיות מוצג להלן.
זהו רצף מדויק ומובן של פעולות. בעת יצירתו, יש צורך להחזיק בנתונים הראשוניים של המשימה, המצב ההתחלתי של האובייקט המתואר.
על מנת להדגיש את שלבי פתרון בעיות האלגוריתמים, חשוב לקבוע את מטרת העבודה, להדגיש את מערכת הפקודות שתבוצע על ידי המבצע.
האלגוריתם שנוצר חייבלהיות קבוצה ספציפית של מאפיינים:
- דיסקרטיות (חלוקה לצעדים);
- ייחוד (לכל פעולה יש פתרון אחד);
- conceptual;
- ביצועים.
אלגוריתמים רבים הם מאסיביים, כלומר, ניתן להשתמש בהם כדי לפתור משימות דומות רבות.
שפת תכנות היא סט מיוחד של כללים לכתיבת נתונים ומבנים אלגוריתמיים. נכון לעכשיו, הוא משמש בכל התחומים המדעיים. ההיבט החשוב שלו הוא מהירות. אם האלגוריתם איטי, אינו מבטיח תגובה רציונלית ומהירה, הוא מוחזר לעדכון.
זמן הביצוע של חלק מהמשימות נקבע לא רק לפי גודל נתוני הקלט, אלא גם לפי גורמים אחרים. לדוגמה, האלגוריתם למיון מספר לא מבוטל של מספרים שלמים הוא פשוט ומהיר יותר, בתנאי שבוצע מיון ראשוני.
