Um algoritmo claro para resolver um problema de química é uma ótima maneira de sintonizar os testes finais nesta disciplina complexa. Em 2017, foram feitas mudanças significativas na estrutura do exame, as perguntas com uma resposta foram removidas da primeira parte do teste. A redação das questões é dada de forma que o egresso demonstre conhecimento em diversas áreas, como por exemplo, química, e não pode simplesmente colocar um “tick”.
Principais Desafios
Dificuldade máxima para os graduados são questões sobre derivação de fórmulas de compostos orgânicos, eles não podem compor um algoritmo para resolver o problema.
Como lidar com um problema desses? Para dar conta da tarefa proposta, é importante conhecer o algoritmo para resolução de problemas em química.
O mesmo problema é típico para outras disciplinas acadêmicas.
Sequência de ações
Os mais comuns são os problemas de determinação do composto por produtos de combustão conhecidos, por isso propomos considerar o algoritmo para resolver problemas usando um exemploeste tipo de exercício.
1. O valor da massa molar de uma dada substância é determinado usando a densidade relativa conhecida para algum gás (se presente na condição da tarefa proposta).
2. Calculamos a quantidade de substâncias formadas neste processo através do volume molar para um composto gasoso, através da densidade ou massa para substâncias líquidas.
3. Calculamos os valores quantitativos de todos os átomos nos produtos de uma determinada reação química e também calculamos a massa de cada um.
4. Resumimos esses valores e comparamos o valor obtido com a massa do composto orgânico dada pela condição.
5. Se a massa inicial exceder o valor obtido, concluímos que o oxigênio está presente na molécula.
6. Determinamos sua massa, subtraímos para isso da massa dada do composto orgânico a soma de todos os átomos.
6. Encontre o número de átomos de oxigênio (em mols).
7. Determinamos a razão das quantidades de todos os átomos presentes no problema. Obtemos a fórmula do analito.
8. Compomos sua versão molecular, a massa molar.
9. Se for diferente do valor obtido no primeiro passo, aumentamos o número de cada átomo por um certo número de vezes.
10. Componha a fórmula molecular da substância desejada.
11. Definindo a estrutura.
12. Escrevemos a equação do processo indicado usando as estruturas das substâncias orgânicas.
O algoritmo proposto para resolver o problema é adequado para todas as tarefas relacionadas à derivação da fórmula de um composto orgânico. Ele vai ajudar os alunos do ensino médiolidar adequadamente com o exame.
Exemplo 1
Como deve ser a solução de problemas algorítmicos?
Para responder a esta pergunta, aqui está uma amostra finalizada.
Ao queimar 17,5 g do composto, foram obtidos 28 litros de dióxido de carbono, além de 22,5 ml de vapor d'água. A densidade de vapor deste composto corresponde a 3,125 g/l. Há informações de que o analito é formado durante a desidratação do álcool terciário saturado. Com base nos dados fornecidos:
1) realizar certos cálculos que serão necessários para encontrar a fórmula molecular desta substância orgânica;
2) escreva sua fórmula molecular;
3) faz uma visão estrutural do composto original, refletindo de forma única a conexão dos átomos na molécula proposta.
Dados da tarefa.
- m (material inicial)- 17,5g
- V dióxido de carbono-28L
- V água-22,5ml
Fórmulas para cálculos matemáticos:
- √=√ mn
- √=m/ρ
Se desejar, você pode lidar com essa tarefa de várias maneiras.
Primeira via
1. Determine o número de mols de todos os produtos de uma reação química usando o volume molar.
nCO2=1,25 mol
2. Revelamos o conteúdo quantitativo do primeiro elemento (carbono) no produto deste processo.
nC=nCO2=, 25 mol
3. Calcule a massa do elemento.
mC=1,25 mol12g/mol=15 g.
Determine a massa de vapor de água, sabendo que a densidade é 1g/ml.
mH2O é 22,5g
Revelamos a quantidade do produto da reação (vapor d'água).
n água=1,25 mol
6. Calculamos o conteúdo quantitativo do elemento (hidrogênio) no produto da reação.
nH=2n (água)=2,5 mol
7. Determine a massa deste elemento.
mH=2,5g
8. Vamos somar as massas dos elementos para determinar a presença (ausência) de átomos de oxigênio na molécula.
mC + mH=1 5g + 2,5g=17,5g
Isso corresponde aos dados do problema, portanto, não há átomos de oxigênio na matéria orgânica desejada.
9. Encontrando a razão.
CH2é a fórmula mais simples.
10. Calcule M da substância desejada usando a densidade.
M substância=70 g/mol.
n-5, a substância fica assim: C5H10.
A condição diz que a substância é obtida por desidratação do álcool, portanto, é um alceno.
Segunda opção
Vamos considerar outro algoritmo para resolver o problema.
1. Sabendo que esta substância é obtida por desidratação de álcoois, concluímos que pode pertencer à classe dos alcenos.
2. Encontre o valor M da substância desejada usando a densidade.
M in=70 g/mol.
3. M (g/mol) para um composto é: 12n + 2n.
4. Calculamos o valor quantitativo de átomos de carbono em uma molécula de hidrocarboneto de etileno.
14 n=70, n=5, então o moleculara fórmula de uma substância se parece com: C5H10n.
Os dados para este problema dizem que a substância é obtida por desidratação de um álcool terciário, portanto é um alceno.
Como fazer um algoritmo para resolver um problema? O aluno deve saber como obter representantes de diferentes classes de compostos orgânicos, possui suas propriedades químicas específicas.
Exemplo 2
Vamos tentar identificar um algoritmo para resolver o problema usando outro exemplo do USE.
Com a combustão completa de 22,5 gramas de ácido alfa-aminocarboxílico em oxigênio atmosférico, foi possível coletar 13,44 litros (N. O.) de monóxido de carbono (4) e 3,36 L (N. O.) de nitrogênio. Encontre a fórmula do ácido sugerido.
Dados por condição.
- m(aminoácidos) -22,5 g;
- √(dióxido de carbono ) -13,44 litros;
- √(nitrogênio) -3, 36 y.
Fórmulas.
- m=Mn;
- √=√ mn.
Usamos o algoritmo padrão para resolver o problema.
Encontre o valor quantitativo dos produtos de interação.
(nitrogênio)=0,15 mol.Escreva a equação química (aplicamos a fórmula geral). Além disso, de acordo com a reação, conhecendo a quantidade de substância, calculamos o número de mols de ácido aminocarboxílico:
x - 0,3 mol.
Calcule a massa molar de um ácido aminocarboxílico.
M(substância inicial )=m/n=22,5 g/0,3 mol=75 g/mol.
Calcule a massa molar do originalácido aminocarboxílico usando as massas atômicas relativas dos elementos.
M(aminoácidos )=(R+74) g/mol.
Determine matematicamente o radical hidrocarboneto.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
Por seleção, identificamos a variante do radical hidrocarboneto, anotamos a fórmula do ácido aminocarboxílico desejado, formulamos a resposta.
Conseqüentemente, neste caso há apenas um átomo de hidrogênio, então temos a fórmula CH2NH2COOH (glicina).
Resposta: CH2NH2COOH.
Solução alternativa
O segundo algoritmo para resolver o problema é o seguinte.
Calculamos a expressão quantitativa dos produtos da reação, usando o valor do volume molar.
(dióxido de carbono )=0,6 mol.Escrevemos o processo químico, armados com a fórmula geral desta classe de compostos. Calculamos pela equação o número de moles do ácido aminocarboxílico tomado:
x=0,62/pol=1,2 /in mol
A seguir, calculamos a massa molar do ácido aminocarboxílico:
M=75 em g/mol.
Usando as massas atômicas relativas dos elementos, encontramos a massa molar de um ácido aminocarboxílico:
M(aminoácidos )=(R + 74) g/mol.
Iguale as massas molares, então resolva a equação, determine o valor do radical:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (tome v=1).
Através da seleção chega-se à conclusão de que não há radical hidrocarboneto, portanto o aminoácido desejado é a glicina.
Conseqüentemente, R=H, obtemos a fórmula CH2NH2COOH(glicina).
Resposta: CH2NH2COOH.
Tal resolução de problemas pelo método de um algoritmo só é possível se o aluno tiver habilidades matemáticas básicas suficientes.
Programação
Como são os algoritmos aqui? Exemplos de resolução de problemas em informática e tecnologia de computadores requerem uma sequência clara de ações.
Quando a ordem é violada, ocorrem vários erros de sistema que não permitem que o algoritmo funcione por completo. O desenvolvimento de um programa usando programação orientada a objetos consiste em duas etapas:
- criando uma GUI em modo visual;
- desenvolvimento de código.
Esta abordagem simplifica muito o algoritmo para resolver problemas de programação.
Manualmente é quase impossível gerenciar esse processo demorado.
Conclusão
O algoritmo padrão para resolver problemas inventivos é apresentado abaixo.
Esta é uma sequência de ações precisa e compreensível. Ao criá-lo, é necessário possuir os dados iniciais da tarefa, o estado inicial do objeto descrito.
Para destacar as etapas de resolução de problemas de algoritmos, é importante determinar o objetivo do trabalho, destacar o sistema de comandos que será executado pelo executor.
O algoritmo criado deveser um conjunto específico de propriedades:
- discrição (divisão em etapas);
- unicidade (cada ação tem uma solução);
- conceitual;
- desempenho.
Muitos algoritmos são massivos, ou seja, podem ser usados para resolver muitas tarefas semelhantes.
Uma linguagem de programação é um conjunto especial de regras para escrever dados e estruturas algorítmicas. Atualmente, é usado em todos os campos científicos. Seu aspecto importante é a velocidade. Se o algoritmo for lento, não garante uma resposta racional e rápida, ele é retornado para revisão.
O tempo de execução de algumas tarefas é determinado não apenas pelo tamanho dos dados de entrada, mas também por outros fatores. Por exemplo, o algoritmo para ordenar um número significativo de inteiros é mais simples e rápido, desde que uma ordenação preliminar tenha sido realizada.
