Алгоритмы решения задач - особенности, пошаговое описание и рекомендации
Четкий алгоритм решения задачи по химии – отличный способ настроиться на выпускные испытания по этой сложной дисциплине. В 2017 году были внесены существенные изменения в структуру проведения экзамена, из первой части теста убраны вопросы, предполагающие один вариант ответа. Формулировка вопросов дана так, чтобы выпускник продемонстрировал знания по разным разделам, например, химии, а не мог просто поставить «галочку».
Основные сложности
Максимальную сложность для выпускников представляют вопросы на выведение формул органических соединений, они не могут составить алгоритма решения задачи.
Как справиться с такой проблемой? Для того чтобы справиться с предлагаемой задачей, важно знать алгоритм решения задач по химии.
Такая же проблема характерна и для других учебных дисциплин.
Последовательность действий
Самыми распространенными являются задачи на определение соединения по известным продуктам сгорания, поэтому алгоритм решения задач предлагаем рассмотреть именно на примере такого вида упражнений.
1. Определятся величина молярной массы данного вещества с помощью известной относительной плотности по какому-то газу (при присутствии в условии предлагаемой задачи).
2. Вычисляем количество образующихся в данном процессе веществ через объем молярный для газообразного соединения, через плотность или массу для жидких веществ.
3. Вычисляем количественные величины всех атомов в продуктах данной химической реакции, а также высчитываем у каждого массу.
4. Суммируем эти величины, затем сравниваем полученную величину с данной по условию массой органического соединения.
5. Если исходная масса превышает полученную величину, делаем вывод о присутствии в молекуле кислорода.
6. Определяем его массу, вычитаем для этого из заданной массы органического соединения сумму всех атомов.
6. Находим количество кислородных атомов (в молях).
7. Определяем соотношение количеств всех атомов, имеющихся в задаче. Получаем формулу определяемого вещества.
8. Составляем его молекулярный вариант, молярную массу.
9. При ее отличии от полученной в первом действии величины увеличиваем количество каждого атома в определенное число раз.
10. Составляем молекулярную формулу искомого вещества.
11. Определяем структуру.
12. Записываем уравнение указанного процесса, используя структуры органических веществ.
Предлагаемый алгоритм решения задачи подходит для всех заданий, связанных с выводом формулы органического соединения. Он поможет старшеклассникам достойно справиться с ЕГЭ.
Пример 1
Как должно выглядеть решение задач с помощью алгоритмов?
Чтобы ответить на этот вопрос, приведем готовый образец.
При сжигании 17,5 г соединения получили 28 л диоксида углерода, а также 22,5 мл водяного пара. Плотность паров данного соединения соответствует 3,125 г/л. Есть информация о том, что определяемое вещество образуется при дегидратации третичного предельного спирта. На основании предложенных данных:
1) произведите определенные вычисления, которые потребуются для поиска молекулярной формулы этого органического вещества;
2) напишите его молекулярную формулу;
3) составьте структурный вид исходного соединения, однозначно отражающий соединение атомов в предлагаемой молекуле.
Данные задачи.
- m (исходного вещества)- 17,5 г
- V углекислого газа-28 л
- V воды-22,5 мл
Формулы для проведения математических вычислений:
- √ = √ m*n
- √ = m/ρ
При желании можно справиться с подобной задачей несколькими способами.
Первый способ
1. Определяем число моль всех продуктов химической реакции с помощью молярного объема.
nCO2 = 1,25 моль
2. Выявляем количественное содержание первого элемента (углерода) в продукте данного процесса.
nC = nCO2 = ,25 моль
3. Рассчитываем массу элемента.
mC = 1,25 моль * 12 г/моль = 15 г.
Определяем массу водяного пара, зная, что плотность составляет 1г/мл.
mH2O составляет 22,5 г
Выявляем количество продукта реакции (водяного пара).
n воды = 1,25 моль
6. Рассчитываем количественное содержание элемента (водорода) в продукте реакции.
nH = 2n (воды) = 2,5 моль
7. Определяем массу данного элемента.
mH = 2,5 г
8. Суммируем массы элементов, чтобы определить наличие (отсутствие) в молекуле атомов кислорода.
mC + mH =1 5 г + 2,5 г = 17,5 г
Это соответствует данным задачи, следовательно, в искомом органическом веществе нет атомов кислорода.
9. Находим количественное отношение.
CH2 - это простейшая формула.
10. Вычисляем М искомого вещества, используя плотность.
M вещества = 70 г/моль.
n-5, вещество выглядит так: С5H10.
В условии сказано, что получают вещество путем дегидратации спирта, следовательно, оно является алкеном.
Второй вариант
Рассмотрим еще один алгоритм решения задачи.
1. Зная, что данное вещество получают путем дегидратации спиртов, делаем вывод о его возможной принадлежности к классу алкенов.
2. Найдем величину М искомого вещества, используя плотность.
M в = 70 г/моль.
3. М (г/моль) для соединения имеет вид: 12n + 2n.
4. Вычисляем количественное значение углеродных атомов в молекуле этиленового углеводорода.
14 n = 70, n = 5, поэтому молекулярная формула вещества имеет вид: С5H10n.
В данных этой задачи сказано, что получают вещество путем дегидратации третичного спирта, следовательно, оно является алкеном.
Как сделать алгоритм решения задачи? Обучающийся должен знать способы получения представителей разных классов органических соединений, владеет их специфическими химическими свойствами.
Пример 2
Попробуем выявить алгоритм решения задачи еще на одном примере из ЕГЭ.
При полном сгорании в кислороде воздуха 22,5 граммов альфа -аминокарбоновой кислоты, удалось собрать 13,44 л (н.у.), оксида углерода (4) и 3,36 л (н.у.) азота. Найдите формулу предлагаемой кислоты.
Данные по условию.
- m(аминокислоты) -22,5 г;
- √(углекислого газа ) -13,44 литра;
- √(азота) -3,36 л.
Формулы.
- m = М * n;
- √ = √ m*n.
Используем стандартный алгоритм решения задачи.
Находим количественное значение продуктов взаимодействия.
n(азота) = 0,15 моль.
Записываем химическое уравнение (применяем общую формулу). Далее, по реакции, владея количеством вещества, вычисляем число моль аминокарбоновой кислоты:
x - 0,3 моль.
Рассчитываем молярную массу аминокарбоновой органической кислоты.
М(исходного вещества ) = m/n = 22,5 г/0, 3 моль = 75 г/моль.
Вычисляем молярную массу исходной аминокарбоновой кислоты с помощью относительных атомных масс элементов.
М(аминокислоты ) = (R+74) г/моль.
Математическим способом определяем углеводородный радикал.
R + 74=75, R = 75 - 74 = 1.
Путем подбора выявляем вариант углеводородного радикала, записываем формулу искомой аминокарбоновой кислоты, формулируем ответ.
Следовательно, в данном случае есть только атом водорода, поэтому имеем формулу CH2NH2COOH (глицина).
Ответ: CH2NH2COOH.
Альтернативное решение
Второй алгоритм решения задачи выглядит следующим образом.
Вычисляем количественное выражение продуктов реакции, используя величину молярного объема.
n(углекислого газа ) = 0,6 моль.
Записываем химический процесс, вооружившись общей формулой данного класса соединений. Вычисляем по уравнению количество моль взятой аминокарбоновой кислоты:
x = 0, 6 * 2/в = 1, 2 /в моль
Далее рассчитываем молярную массу аминокарбоновой кислоты:
М = 75 в г/моль.
С помощью относительных атомных масс элементов находим молярную массу аминокарбоновой кислоты:
М(аминокислоты ) = (R + 74) г/моль.
Приравниваем показатели молярных масс, далее решаем уравнение, определяем значение радикала:
R + 74 = 75в, R = 75в - 74 = 1 (примем в = 1).
Путем подбора приходит к выводу, что углеводородный радикал отсутствует, поэтому искомая аминокислота - глицин.
Следовательно, R = H, получаем формулу CH2NH2COOH (глицин).
Ответ: CH2NH2COOH.
Такое решение задач методом алгоритма возможно только в случае, когда школьник в должной мере владеет элементарными математическими навыками.
Программирование
Как выглядят здесь алгоритмы? Примеры решения задач по информатике и вычислительной технике предполагают четкую последовательность действий.
При нарушении порядка возникают разнообразные системные ошибки, не позволяющие алгоритму функционировать в полном объеме. Разработка программы с помощью объектно-ориентированного программирования состоит из двух этапов:
- создание графического интерфейса в визуальном режиме;
- разработка программного кода.
Подобный подход существенно упрощает алгоритм решения задач программирования.
Вручную практически невозможно справляться с этим трудоемким процессом.
Заключение
Стандартный алгоритм решения изобретательских задач представлен ниже.
Это точная и понятная последовательность действий. При его создании необходимо владеть исходными данными задачи, начальным состоянием описываемого объекта.
Для того чтобы выделить этапы решения задач алгоритмов, важно определить цель работы, выделить систему команд, которые будут выполняться исполнителем.
У созданного алгоритма должен быть определенный набор свойств:
- дискретность (разделение на шаги);
- однозначность (каждое действие имеет одно решение);
- понятийность;
- результативность.
Многие алгоритмы обладают массовостью, то есть их можно использовать для решения множества однотипных заданий.
Язык программирования – это специальный набор правил записи данных и алгоритмических структур. В настоящее время он применяется во всех научных областях. Его важным аспектом является скорость. Если алгоритм медленный, не гарантирует получения рационального и быстрого ответа, его возвращают на доработку.
Время выполнения некоторых задач определяется не только размером входных данных, но и иными факторами. К примеру, проще и быстрее проводится алгоритм сортировки значительного количества целых чисел при условии, что проведена предварительная сортировка.