Чіткий алгоритм рішення задачі з хімії – відмінний спосіб налаштуватися на випускні випробування з цієї складної дисципліни. У 2017 році були внесені істотні зміни в структуру проведення іспиту з першої частини тесту прибрані питання, що припускають один варіант відповіді. Формулювання питань дано так, щоб випускник продемонстрував знання по різних розділах, наприклад, хімії, а не міг просто поставити «галочку».
Основні складності
Максимальну складність для випускників представляють питання на виведення формул органічних сполук, вони не можуть скласти алгоритму розв’язання задачі.
Як впоратися з такою проблемою? Для того щоб впоратися з запропонованої завданням, важливо знати алгоритм рішення задач з хімії.
Така ж проблема характерна і для інших навчальних дисциплін.
Послідовність дій
Найпоширенішими є завдання на визначення сполуки за відомими продуктів згоряння, тому алгоритм рішення задач пропонуємо розглянути саме на прикладі такого виду вправ.
1. Визначаться величина молярної маси даної речовини з допомогою відомої відносної щільності по якомусь газу (при присутності в умови пропонованої задачі).
2. Обчислюємо кількість утворюються в даному процесі речовин через молярний об’єм для газоподібного з’єднання, через щільність або масу для рідких речовин.
3. Обчислюємо кількісні величини всіх атомів у продуктах даної хімічної реакції, а також вираховуємо у кожного масу.
4. Підсумовуємо ці величини, потім отриману величину порівнюємо з даної умові масою органічної сполуки.
5. Якщо початкова маса перевищує отриману величину, робимо висновок про присутність в молекулі кисню.
6. Визначаємо його масу, віднімаємо для цього з заданої маси органічної сполуки суму всіх атомів.
6. Знаходимо кількість кисневих атомів (в молях).
7. Визначаємо співвідношення кількостей всіх атомів, наявних в завданні. Отримуємо формулу визначуваної речовини.
8. Складаємо його молекулярний варіант, молярную масу.
9. При її відмінності від отриманої в першій дії величини збільшуємо кількість кожного атома в певне число разів.
10. Складаємо молекулярну формулу шуканого речовини.
11. Визначаємо структуру.
12. Записуємо рівняння зазначеного процесу, використовуючи структури органічних речовин.
Пропонований алгоритм розв’язання задачі підходить для всіх завдань, пов’язаних з виведенням формули органічної сполуки. Він допоможе старшокласникам гідно впоратися з ЄДІ.
Приклад 1
Як має виглядати вирішення завдань з допомогою алгоритмів?
Щоб відповісти на це питання, наведемо готовий зразок.
При спалюванні 17,5 г з’єднання отримали 28 л діоксиду вуглецю, а також 22,5 мл водяної пари. Щільність парів даного з’єднання відповідає 3,125 г/л. Є інформація про те, що обумовлена речовина утворюється при дегідратації третинного граничного спирту. На основі запропонованих даних:
1) зробіть певні обчислення, які потрібні для пошуку молекулярної формули цього органічної речовини;
2) напишіть його молекулярну формулу;
3) складіть структурний вигляд вихідної сполуки, однозначно відображає з’єднання атомів у пропонованій молекулі.
Дані завдання.
- m (вихідної речовини)- 17,5 м
- V вуглекислого газу-28 л
- V води-22,5 мл
Формули для проведення математичних обчислень:
- √ = √ m*n
- √ = m/ρ
При бажанні можна впоратися з подібним завданням кількома способами.
Перший спосіб
1. Визначаємо число моль всіх продуктів хімічної реакції з допомогою молярного об’єму.
nCO2 = 1,25 моль
2. Виявити кількісний вміст першого елемента (вуглецю) в продукті даного процесу.
nC = nCO2 = ,25 міль
3. Розраховуємо масу елемента.
mC = 1,25 моль * 12 г/моль = 15 р.
Визначаємо масу водяної пари, знаючи, що щільність становить 1г/мл
mH2O становить 22,5 г
Виявляємо кількість продукту реакції (водяної пари).
n води = 1,25 моль
6. Розраховуємо кількісний вміст елемента (водню) у продукті реакції.
nH = 2n (води) = 2,5 моль
7. Визначаємо масу даного елемента.
mH = 2,5 г
8. Підсумовуємо маси елементів, щоб визначити наявність (відсутність) у молекулі атомів кисню.
mC + mH =1 5 р + 2,5 г = 17,5 г
Це відповідає даним задачі, отже, в шуканому органічному речовині немає атомів кисню.
9. Знаходимо кількісне відношення.
CH2 – це найпростіша формула.
10. Обчислюємо М шуканого речовини, використовуючи щільність.
M речовини = 70 г/моль.
n-5, речовина виглядає так: С5Н10.
В умові сказано, що отримують речовину шляхом дегідратації спирту, отже, воно є алкеном.
Другий варіант
Розглянемо ще один алгоритм розв’язання задачі.
1. Знаючи, що дана речовина отримують шляхом дегідратації спиртів, робимо висновок про його можливу приналежність до класу алкенів.
2. Знайдемо величину М шуканого речовини, використовуючи щільність.
M = 70 г/моль.
3. М (г/моль) для з’єднання має вигляд: 12n + 2n.
4. Обчислюємо кількісне значення вуглецевих атомів у молекулі етиленового вуглеводню.
14 n = 70, n = 5, тому молекулярна формула речовини має вигляд: С5Н10п.
У даних цієї задачі сказано, що отримують речовину шляхом дегідратації третинного спирту, отже, воно є алкеном.
Як зробити алгоритм розв’язання задачі? Учень повинен знати способи отримання представників різних класів органічних сполук, що володіє їх специфічними хімічними властивостями.
Приклад 2
Спробуємо виявити алгоритм розв’язання задачі ще на одному прикладі з ЄДІ.
При повному згорянні в кисні повітря 22,5 грамів альфа -аминокарбоновой кислоти, вдалося зібрати 13,44 л (н. у.) оксиду вуглецю (4) і 3,36 л (н. у.) азоту. Знайдіть формулу пропонованої кислоти.
Дані за умовою.
- m(амінокислоти) -22,5 г;
- √(вуглекислого газу ) -13,44 літра;
- √(азоту) -3,36 л.
Формули.
- m = М * n;
- √ = √ m*n.
Використовуємо стандартний алгоритм розв’язання задачі.
Знаходимо кількісне значення продуктів взаємодії.
n(азоту) = 0,15 моль.
Записуємо хімічне рівняння (застосовуємо загальну формулу). Далі, по реакції, володіючи кількістю речовини, обчислюємо число моль аминокарбоновой кислоти:
x – 0,3 моль.
Розраховуємо молярную масу аминокарбоновой органічної кислоти.
М(вихідної речовини ) = m/n = 22,5 г/0, 3 моль = 75 г/моль.
Обчислюємо молярную масу вихідної аминокарбоновой кислоти з допомогою відносних атомних мас елементів.
М(амінокислоти ) = (R+74) г/моль.
Математичним способом визначаємо вуглеводневий радикал.
R + 74=75, R = 75 – 74 = 1.
Шляхом підбору виявляємо варіант вуглеводневого радикалу, записуємо формулу шуканої аминокарбоновой кислоти, формулюємо відповідь.
Отже, в даному випадку є лише атом водню, тому маємо формулу CH2NH2COOH (гліцину).
Відповідь: CH2NH2COOH.
Альтернативне рішення
Другий алгоритм розв’язання задачі виглядає наступним чином.
Обчислюємо кількісне вираження продуктів реакції, використовуючи величину молярного об’єму.
n(вуглекислого газу ) = 0,6 моль.
Записуємо хімічний процес, озброївшись загальною формулою даного класу сполук. Обчислюємо за рівнянням кількість моль взятої аминокарбоновой кислоти:
x = 0, 6 * 2/в = 1, 2 /моль
Далі розраховуємо молярную масу аминокарбоновой кислоти:
М = 75 в г/моль.
За допомогою відносних атомних мас елементів знаходимо молярную масу аминокарбоновой кислоти:
М(амінокислоти ) = (R + 74) г/моль.
Прирівнюємо показники молярних мас, далі вирішуємо рівняння, визначаємо значення радикала:
R + 74 = 75в, R = 75в – 74 = 1 (приймемо = 1).
Шляхом підбору приходить до висновку, що вуглеводневий радикал відсутня, тому шукана амінокислота – гліцин.
Отже, R = H, отримуємо формулу CH2NH2COOH (гліцин).
Відповідь: CH2NH2COOH.
Таке рішення задач методом алгоритму можливо тільки у випадку, коли школяр в належній мірі володіє елементарними математичними навичками.
Програмування
Як виглядають тут алгоритми? Приклади розв’язання задач з інформатики та обчислювальної техніки передбачають чітку послідовність дій.
При порушенні порядку виникають різноманітні системні помилки, що не дозволяють алгоритмом функціонувати в повному обсязі. Розробка програми за допомогою об’єктно-орієнтованого програмування складається з двох етапів:
- створення графічного інтерфейсу у візуальному режимі;
- розробка програмного коду.
Подібний підхід суттєво спрощує алгоритм рішення задач програмування.
Вручну практично неможливо справлятися з цим трудомістким процесом.
Висновок
Стандартний алгоритм рішення винахідницьких завдань представлений нижче.
Це точна і зрозуміла послідовність дій. При його створенні необхідно володіти початковими даними завдання, початковим станом описуваного об’єкта.
Для того щоб виділити етапи вирішення завдань алгоритмів, важливо визначити мету роботи, виділити систему команд, які будуть виконуватися виконавцем.
У створеного алгоритму повинен бути визначений набір властивостей:
- дискретність (поділ на кроки);
- однозначність (кожна дія має одне рішення);
- понятийность;
- результативність.
Багато алгоритми мають масовістю, тобто їх можна використовувати для вирішення великої кількості однотипних завдань.
Мова програмування – це спеціальний набір правил запису даних і алгоритмічних структур. В даний час він застосовується в усіх наукових галузях. Його важливим аспектом є швидкість. Якщо алгоритм повільний, не гарантує отримання раціонального і швидкої відповіді, його повертають на доопрацювання.
Час виконання деяких завдань визначається не тільки розміром вхідних даних, але й іншими факторами. Приміром, простіше і швидше проводиться алгоритм сортування значної кількості цілих чисел за умови, що проведено попереднє сортування.
