تعد الخوارزمية الواضحة لحل مشكلة في الكيمياء طريقة رائعة لضبط الاختبارات النهائية في هذا التخصص المعقد. في عام 2017 ، تم إجراء تغييرات كبيرة على هيكل الاختبار ، وتمت إزالة الأسئلة ذات الإجابة الواحدة من الجزء الأول من الاختبار. يتم تقديم صياغة الأسئلة بطريقة يوضح فيها الخريج المعرفة في مجالات مختلفة ، على سبيل المثال ، الكيمياء ، ولا يمكنه ببساطة وضع علامة "علامة".
التحديات الرئيسية
الصعوبة القصوى للخريجين هي أسئلة حول اشتقاق صيغ المركبات العضوية ، فلا يمكنهم تكوين خوارزمية لحل المشكلة.
كيف تتعامل مع مثل هذه المشكلة؟ من أجل التعامل مع المهمة المقترحة ، من المهم معرفة الخوارزمية لحل المشكلات في الكيمياء.
نفس المشكلة نموذجية للتخصصات الأكاديمية الأخرى.
تسلسل الإجراءات
الأكثر شيوعًا هي مشاكل تحديد المركب بواسطة نواتج الاحتراق المعروفة ، لذلك نقترح النظر في الخوارزمية لحل المشكلات باستخدام مثالهذا النوع من التمارين
1. يتم تحديد قيمة الكتلة المولية لمادة معينة باستخدام الكثافة النسبية المعروفة لبعض الغازات (إذا كانت موجودة في حالة المهمة المقترحة).
2. نحسب كمية المواد المتكونة في هذه العملية من خلال الحجم المولي لمركب غازي ، من خلال كثافة أو كتلة المواد السائلة.
3. نحسب القيم الكمية لجميع الذرات في نواتج تفاعل كيميائي معين ، ونحسب أيضًا كتلة كل منها.
4. نلخص هذه القيم ، ثم نقارن القيمة التي تم الحصول عليها بكتلة المركب العضوي المعطى بالشرط.
5. إذا تجاوزت الكتلة الأولية القيمة التي تم الحصول عليها ، فإننا نستنتج أن الأكسجين موجود في الجزيء.
6. نحدد كتلته ، ونطرح لذلك من الكتلة المعطاة للمركب العضوي مجموع كل الذرات.
6. أوجد عدد ذرات الأكسجين (بالمولات).
7. نحدد نسبة كميات جميع الذرات الموجودة في المشكلة. نحصل على صيغة التحليل
8. نؤلف نسخته الجزيئية ، الكتلة المولية.
9. إذا اختلفت عن القيمة التي تم الحصول عليها في الخطوة الأولى ، نزيد عدد كل ذرة بعدد معين من المرات.
10. يؤلف الصيغة الجزيئية للمادة المرغوبة.
11. تحديد الهيكل
12. نكتب معادلة العملية المشار إليها باستخدام هياكل المواد العضوية.
الخوارزمية المقترحة لحل المشكلة مناسبة لجميع المهام المتعلقة باشتقاق صيغة المركب العضوي. سوف يساعد طلاب المدارس الثانويةالتعامل بشكل كاف مع الامتحان
مثال 1
كيف يجب أن يبدو حل المشكلات باستخدام الخوارزميات؟
للإجابة على هذا السؤال ، هذه عينة مكتملة
عند حرق 17.5 جم من المركب ، تم الحصول على 28 لترًا من ثاني أكسيد الكربون ، بالإضافة إلى 22.5 مل من بخار الماء. كثافة بخار هذا المركب تقابل 3.125 جم / لتر. هناك معلومات تفيد بأن المادة التحليلية تتشكل أثناء تجفيف الكحول المشبع من الدرجة الثالثة. بناءً على البيانات المقدمة:
1) إجراء حسابات معينة ستكون مطلوبة للعثور على الصيغة الجزيئية لهذه المادة العضوية ؛
2) اكتب صيغته الجزيئية ؛
3) قدم عرضًا هيكليًا للمركب الأصلي ، يعكس بشكل فريد اتصال الذرات في الجزيء المقترح.
بيانات المهمة.
- م (مادة البداية) - 17.5 جرام
- V ثاني أكسيد الكربون 28 لتر
- V ماء 22.5ml
صيغ الحسابات الرياضية:
- √=√م n
- √=م / ρ
إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك التعامل مع هذه المهمة بعدة طرق.
الطريقة الأولى
1. حدد عدد مولات جميع نواتج تفاعل كيميائي باستخدام الحجم المولي.
nCO2=1.25 مول
2. نكشف عن المحتوى الكمي للعنصر الأول (الكربون) في منتج هذه العملية.
nC=nCO2=، 25 مول
3. احسب كتلة العنصر
mC=1.25 مول12جم / مول=15 جم
حدد كتلة بخار الماء مع العلم أن الكثافة 1 جم / مل.
mH2O هو 22.5 جرام
نكشف عن كمية منتج التفاعل (بخار الماء).
ن ماء=1.25 مول
6. نحسب المحتوى الكمي للعنصر (الهيدروجين) في ناتج التفاعل.
nH=2n (ماء)=2.5 مول
7. حدد كتلة هذا العنصر
mH=2.5 جرام
8. دعونا نلخص كتل العناصر لتحديد وجود (غياب) ذرات الأكسجين في الجزيء.
mC + mH=1 5 جرام + 2.5 جرام=17.5 جرام
هذا يتوافق مع بيانات المشكلة ، لذلك لا توجد ذرات أكسجين في المادة العضوية المطلوبة.
9. إيجاد النسبة
CH2هي أبسط صيغة
10. احسب م من المادة المرغوبة باستخدام الكثافة.
M مادة=70 جم / مول.
n-5 ، تبدو المادة كما يلي: C5H10.
الحالة تقول ان المادة ناتجة عن تجفيف الكحول اذن فهو مادة ألكين
الخيار الثاني
دعونا نفكر في خوارزمية أخرى لحل المشكلة.
1. مع العلم أن هذه المادة يتم الحصول عليها عن طريق تجفيف الكحوليات ، نستنتج أنها قد تنتمي إلى فئة الألكينات.
2. أوجد القيمة M للمادة المرغوبة باستخدام الكثافة.
M in=70 جم / مول.
3. M (جم / مول) للمركب هو: 12n + 2n.
4. نحسب القيمة الكمية لذرات الكربون في جزيء هيدروكربون الإيثيلين.
14 n=70، n=5 وبالتالي الجزيئيةتبدو صيغة المادة كما يلي: C5H10n.
تشير البيانات الخاصة بهذه المشكلة إلى أن المادة يتم الحصول عليها عن طريق تجفيف كحول ثالث ، وبالتالي فهي مادة ألكين.
كيف تصنع خوارزمية لحل مشكلة؟ يجب أن يعرف الطالب كيفية الحصول على ممثلين عن فئات مختلفة من المركبات العضوية ، وأن يمتلك خصائصها الكيميائية المحددة.
المثال 2
دعونا نحاول تحديد خوارزمية لحل المشكلة باستخدام مثال آخر من الاستخدام.
مع الاحتراق الكامل لـ 22.5 جرام من حمض ألفا أمينوكربوكسيل في الأكسجين الجوي ، كان من الممكن جمع 13.44 لترًا (NO) من أول أكسيد الكربون (4) و 3.36 لتر (NO) من النيتروجين. أوجد صيغة الحمض المقترح.
البيانات حسب الشرط.
- m(الأحماض الأمينية ) -22.5 جم ؛
- √(ثاني أكسيد الكربون ) -13.44 لترًا ؛
- √(نيتروجين ) -3 ، 36 ذ.
الصيغ.
- م=من ؛
- √=√م n.
نستخدم الخوارزمية القياسية لحل المشكلة.
أوجد القيمة الكمية لمنتجات التفاعل.
(نيتروجين )=0.15 مول.اكتب المعادلة الكيميائية (نطبق الصيغة العامة). علاوة على ذلك ، وفقًا للتفاعل ، ومعرفة كمية المادة ، نحسب عدد مولات حمض aminocarboxylic:
س - 0.3 مول.
حساب الكتلة المولية لحمض aminocarboxylic.
M(مادة البداية )=م / ن=22.5 جم / 0.3 مول=75 جم / مول.
احسب الكتلة المولية للأصلحمض أمينوكربوكسيل باستخدام الكتل الذرية النسبية للعناصر.
M(الأحماض الأمينية )=(R + 74) جم / مول.
حساب الجذر الهيدروكربوني رياضياً.
R + 74=75 ، R=75-74=1.
عن طريق التحديد ، نحدد متغير جذور الهيدروكربون ، ونكتب صيغة حمض أمينوكربوكسيل المطلوب ، ونصوغ الإجابة.
وبالتالي ، في هذه الحالة لا يوجد سوى ذرة هيدروجين ، لذلك لدينا الصيغة CH2NH2COOH (جليكاين).
الإجابة: CH2NH2COOH.
حل بديل
الخوارزمية الثانية لحل المشكلة هي كما يلي
نحسب التعبير الكمي لنواتج التفاعل ، باستخدام قيمة الحجم المولي.
(ثاني أكسيد الكربون )=0.6 مول.نكتب العملية الكيميائية مسلحة بالصيغة العامة لهذه الفئة من المركبات. نحسب بالمعادلة عدد مولات حمض أمينوكربوكسيل المأخوذ:
س=0.62 / في=1.2 / في مول
بعد ذلك ، نحسب الكتلة المولية لحمض aminocarboxylic:
M=75 في جم / مول.
باستخدام الكتل الذرية النسبية للعناصر ، نجد الكتلة المولية لحمض أمينوكربوكسيل:
M(الأحماض الأمينية )=(R + 74) جم / مول.
مساواة الكتل المولية ، ثم حل المعادلة ، وتحديد قيمة الجذر:
R + 74=75v ، R=75v - 74=1 (خذ v=1).
من خلال الاختيار يصل إلى استنتاج أنه لا يوجد جذور هيدروكربونية ، وبالتالي فإن الأحماض الأمينية المرغوبة هي الجلايسين.
وبالتالي ، R=H ، نحصل على الصيغة CH2NH2COOH(جليكاين).
الإجابة: CH2NH2COOH.
لا يمكن حل هذه المشكلة بطريقة الخوارزمية إلا إذا كان لدى الطالب مهارات رياضية أساسية كافية.
برمجة
كيف تبدو الخوارزميات هنا؟ تتطلب أمثلة حل المشكلات في المعلوماتية وتكنولوجيا الكمبيوتر تسلسلًا واضحًا من الإجراءات.
عند انتهاك الأمر ، تحدث أخطاء مختلفة في النظام لا تسمح للخوارزمية بالعمل بالكامل. يتكون تطوير برنامج باستخدام البرمجة الشيئية من خطوتين:
- إنشاء واجهة المستخدم الرسومية في الوضع المرئي ؛
- تطوير الكود.
هذا الأسلوب يبسط بشكل كبير الخوارزمية لحل مشاكل البرمجة.
يدويًا يكاد يكون من المستحيل إدارة هذه العملية التي تستغرق وقتًا طويلاً.
الخلاصة
الخوارزمية القياسية لحل المشكلات الابتكارية معروضة أدناه.
هذا تسلسل دقيق ومفهوم من الإجراءات. عند إنشائه ، من الضروري امتلاك البيانات الأولية للمهمة ، الحالة الأولية للكائن الموصوف.
لتسليط الضوء على مراحل حل مشاكل الخوارزميات ، من المهم تحديد الغرض من العمل ، لتسليط الضوء على نظام الأوامر التي سيتم تنفيذها من قبل المنفذ.
يجب أن الخوارزمية التي تم إنشاؤهاكن مجموعة محددة من الخصائص:
- التكتم (التقسيم إلى خطوات) ؛
- تفرد (كل إجراء له حل واحد) ؛
- مفاهيمي ؛
- أداء.
العديد من الخوارزميات ضخمة ، أي يمكن استخدامها لحل العديد من المهام المتشابهة.
لغة البرمجة هي مجموعة خاصة من القواعد لكتابة البيانات والهياكل الحسابية. حاليا ، يتم استخدامه في جميع المجالات العلمية. جانبها المهم هو السرعة. إذا كانت الخوارزمية بطيئة ، لا تضمن استجابة منطقية وسريعة ، يتم إرجاعها للمراجعة.
يتم تحديد وقت تنفيذ بعض المهام ليس فقط بحجم بيانات الإدخال ، ولكن أيضًا بواسطة عوامل أخرى. على سبيل المثال ، تعد الخوارزمية الخاصة بفرز عدد كبير من الأعداد الصحيحة أبسط وأسرع ، بشرط إجراء فرز أولي.
