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關鍵詞：顏色變化；質量變化；觀察沉淀；傳感技術
文章編號：1008-0546（2013）03-091-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.03.039
什么是定量分析（Quantitative Analysis）？百度釋義：“指分析一個被研究對象所包含成分的數量關系或所具備性質間的數量關系；也可以對幾個對象的某些性質、特征、相互關系從數量上進行分析比較，研究的結果也用數量加以描述。”
定量分析的目的是準確測試試樣中物質的含量，要求結果準確可靠。因此對反應終點的判斷極其重要。滴定分析法和重量分析法是化學分析中主要的定量分析法。根據滴定反應的類型不同，可將滴定分析法分為酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法。
而中學階段涉及到的主要是酸堿滴定法和氧化還原滴定法。在中學階段的這些定量實驗，如何來判斷反應的終點呢？
一、利用顏色變化
1.加入指示劑，通過指示劑顏色的變化來判斷反應終點
在酸堿滴定的過程中，被滴定的溶液在外觀上通常不發生任何變化，需借助酸堿指示劑顏色的改變來指示滴定終點。酸堿指示劑一般是某些有機弱酸或弱堿，或是有機酸堿兩性物質，它們在酸堿滴定過程中也能參與質子轉移反應，因分子結構的改變而引起自身顏色的變化，并且這種顏色伴結構的轉變是可逆的。當酸堿滴定至計量點附近時，隨著溶液的pH的變化，指示劑不同型體的濃度之比迅速改變而指示滴定終點。中學化學中涉及到酸堿指示劑常見的是甲基橙（Methyl Orange，MO）、酚酞（Phenolphthalein，PP）。
甲基橙和酚酞的變色范圍如下表：
因此滴定突躍范圍是選擇指示劑的依據，對于中學生來說，我們一般按下列方法來選擇指示劑。
在氧化還原滴定中，有一類指示劑本身無氧化還原性質，但它能與滴定體系中的氧化劑或還原劑結合而顯示出其本身不同的顏色。例如，淀粉指示劑（可溶性淀粉溶液）本身無色，但它與I3-可生成深藍色的化合物，利用藍色的出現或消失可指示終點。在以碘溶液滴定還原劑的碘量法中，在計量點附近，稍過量的I2（濃度達10-5 mol?L-1時）就會與淀粉結合而使溶液呈藍色，從而指示藍色。
【實驗案例1】
實驗課題：碘量法測定維生素C（藥片）
實驗步驟：稱取維生素C藥片0.2g，加新煮沸過的冷蒸餾水100mL，10 mL 2 mol?L-1 的HAc，0.5%2 mL的淀粉溶液，立即用0.05000 mol?L-1的I2溶液滴定至呈現穩定的藍色。平行測定三份后，計算維生素C的質量分數。
2. 通過反應物本身顏色變化來判斷反應終點
在氧化還原滴定中，有時可以利用滴定劑或被滴定液本身的顏色變化來指示終點。例如在高錳酸鉀法中，滴定劑MnO4-為紫紅色，常在酸性介質中用它滴定無色或淺色的還原劑。在化學計量點附近，稍過量的MnO4-（濃度達2×10-6 mol?L-1時）就可以使溶液呈穩定的淺紅色，從而指示終點。
【實驗案例2】
實驗課題：水樣中化學耗氧量（COD）的測定
實驗步驟：在250mL錐形瓶中，加入100mL水樣，加入H2SO4（1∶3）5mL，并準確加入10mL 0.02mol?L-1KMnO4溶液，立即加熱至沸，從冒出一個大氣泡開始計時，準確煮沸10min，取下錐形瓶，冷卻一分鐘，準確加入10.0mL 0.005000 mol?L-1的Na2C2O4標準溶液，充分搖勻。此時溶液應由紅色轉為無色。用KMnO4溶液滴定，由無色變為穩定的淡紅色即為反應終點。
二、利用質量變化
重量分析法（Gravimetry）是通過質量物質的質量來確定被測組分含量的一種定量分析方法。在化學反應中，由于反應過程中，可能由于生成了液態、氣態物質，或吸收了液態、氣態物質，導致化學反應前后固態物質質量的改變，我們就可以利用反應后固態物質質量是否再改變來判斷反應是否達到終點。
【實驗案例3】
實驗課題：硫酸銅晶體里結晶水含量的測定
實驗步驟：
在研缽中將硫酸銅晶體研碎，用坩堝準確稱取2.0g已經研碎的硫酸銅晶體，記下坩堝和硫酸銅晶體的總質量（m1）。
將盛有硫酸銅晶體的坩堝放在三腳架上面的泥三角上，用酒精燈緩緩加熱，同時用玻璃棒輕輕攪拌硫酸銅晶體，直到藍色硫酸銅晶體完全變成白色粉末，且不再有水蒸氣逸出。然后將坩堝放在干燥器里冷卻。待坩堝冷卻后，將坩堝放在天平上稱量，記下坩堝和無水硫酸銅的總質量（m2）。
把盛有無水硫酸銅的坩堝再加熱，后將坩堝放在干燥器里冷卻后再稱量，記下質量，到連續兩次稱量的質量差不超過0.1g，可以認為反應到達終點。
三、利用觀察沉淀
沉淀重量法我們一般是利用觀察沉淀是否完全來判斷反應的終點。沉淀重量法的一般測試過程如下：首先在一定條件下，往試液中加入適當的沉淀劑使被測組成沉淀出來，然后沉淀經過過濾、洗滌、烘干或灼燒后使之轉化為適當的稱量形式，經稱量后，即可由稱量形式的化學組成和質量，求得被測組分的含量。
【實驗案例4】
實驗課題：BaCl2?2H2O中鋇含量的測定
實驗步驟：
準確稱取0.4～0.6gBaCl2?2H2O兩份，分別置于兩個250 mL燒杯中，加水約70 mL，2～3 mL 2mol?L-1的鹽酸，另取4 mL 1mol?L-1的硫酸，將兩份硫酸溶液用小滴管逐滴分別加入到兩份鋇鹽中，并用玻璃棒不斷攪拌，直到兩份分別全部加入為止。
待沉淀全部下沉后，在上層清液中加入1～2滴1mol?L-1的硫酸，仔細觀察沉淀是否完全，如果有沉淀生成，則沉淀不完全，如果無沉淀生成，則沉淀完全。
將上述懸濁液過濾，再以稀硫酸洗滌液洗滌沉淀3～4次，每次約用10 mL，然后，將沉淀小心轉移到濾紙上，將沉淀和濾紙置于瓷坩堝中，經干燥、炭化、灰化后，在800～850℃下灼燒至恒重。
四、利用傳感技術
近年來，基于傳感技術的中學化學實驗手段逐漸得到國內學者的關注。一些重點中學相繼建立了傳感技術實驗室，開發基于傳感技術的探究實驗，并進行相關的教學研究和理論研究，此項研究已經成為基礎教育研究領域的一個重要方向。
在化學定量分析中利用傳感技術，它能使化學教學和實驗突破學習的時間和空間的限制，并以數據的呈現方式向師生展示實驗的動態變化過程，是定量研究的重要工具。
【實驗案例5】
實驗課題：利用中和滴定法測定NaOH溶液的濃度
實驗裝置如圖。
實驗步驟：
從裝有NaOH待測溶液的堿式滴定管中放出20 mL溶液至一只100 mL燒杯中，將燒杯置于磁力攪拌器上，向燒杯中放入攪拌磁子并加入2～3滴酚酞溶液。
在洗滌和潤洗過的酸式滴定管中加入0.2000 mol?L-1的鹽酸，使其液面恰好與酸式滴定管的0刻度線對齊。
將pH傳感器放入盛NaOH溶液的燒杯中，并用水溶液稀釋至溶液沒過電極，啟動磁力攪拌，開始數據采集。
待測得的數據穩定以后，打開酸式滴定管的活塞，逐滴向NaOH溶液中加入鹽酸。注意觀察實驗現象以及溶液pH的變化。
當pH開始明顯下降時，減慢滴加速度。當加入一滴鹽酸后溶液的pH等于或小于7時，停止滴加鹽酸，并停止數據采集。讀出消耗的鹽酸的體積并保持實驗結果。
平行測定2～3次，讀出每次消耗的鹽酸的體積并記錄實驗結果。
由此可見，不同的定量分析實驗，我們可以采用不同的方法來判斷反應的終點，隨著科學技術的不斷進步，判斷的方法也會越來越先進，越來越科學。
參考文獻
[1] 華中師范大學等.分析化學（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2001：119-122
在化學方程式的配平教學中，總覺得教無定法、學無定法，但不同類別的反應仍有不同的規律可循。下面就氧化還原反應配平的教學中產生的點滴感悟予以記之，以備忘卻。
一、氧化還原反應的先后順序問題
當有多種氧化性或多種還原性粒子存在時，就存在著粒子被氧化或被還原的先后順序問題，如何配平呢？請看：
最后再將方程式的系數翻倍即可。
強調：考慮粒子的氧化性、還原性的強弱，引入分數，再根據原子守恒配平。
二、關于Fe2+被O2氧化的配平
根據得失電子守恒：Fe2+被O2氧化的兩者計量數必為4與1，再根據電荷守恒與原子守恒配其他物質的計量數。
例如：Fe2++O2+H2O？邛Fe（OH）3的配平。
很明顯，產物中還有一帶正電荷的離子。認真比對：只能是Fe3+、不可能是H+。方程式即轉化為：Fe2++O2+H2O？邛Fe（OH）3+Fe3+。
最后再將方程式的系數翻倍即可。
三、關于有CO參與的氧化還原反應
由于CO在反應中轉化為CO2，那么反應中氧化劑的氧原子數也決定了CO的計量數。
例如：對反應FeXOY+COFe+CO2的配平。
FeXOY中氧原子數為y，則需y個CO分子結合成y個CO2，即為：FeXOY+yCOFe+yCO2。
再配Fe的計量數即可。
強調：氧化劑中氧原子數決定了CO分子的計量數。
四、制取Cl2的方程式的配平
實驗室制取Cl2的常用方法有：
由此我們悟到：將有復雜組成的氧化劑或還原劑的計量數定為1，再根據原子守恒，就可以將方程式配平。
再看煅燒硫鐵礦制硫酸的重要反應。
這些反應的特點是：有氧氣參加或生成，所以我們就有了以下強調的內容。
強調：在有氧氣參加或生成的氧化還原反應中，若將有復雜組成的氧化劑或還原劑的計量數定為1，則根據原子守恒，即可將方程式配平。
2、氫氣是一種極易燃的氣體，在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒。氫氣燃燒的焓變為?286 kJ/mol：2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l); ΔH = -572 kJ/mol
3、氫氣占4%至74%的濃度時與空氣混合，或占5%至95%的濃度時與氯氣混合時是極易爆炸的氣體，在熱、日光或火花的刺激下易引爆。氫氣的著火點為500 °C。純凈的氫氣與氧氣的混合物燃燒時放出紫外線。
4、因為氫氣比空氣輕，所以氫氣的火焰傾向于快速上升，故其造成的危害小于碳氫化合物燃燒的危害。氫氣與所有的氧化性元素單質反應。氫氣在常溫下可自發的和氯氣（需要光照）反應 ，氫氣和氟氣在冷暗處混合就可爆炸，生成具有潛在危險性的酸氯化氫或氟化氫。
5、在帶尖嘴的導管口點燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。然后在火焰上方罩一個冷而干燥的燒杯，過一會兒，我們可以看到，純凈的氫氣在空氣里安靜地燃燒，產生淡藍色的火焰（氫氣在玻璃導管口燃燒時，火焰常略帶黃色）。用燒杯罩在火焰的上方時，燒杯壁上有水珠生成，接觸燒杯的手能感到發燙。
關鍵詞：石油化工 實驗教學 虛擬仿真技術 教學模式
對于石油化工加工這樣實踐性很強的課程，實驗教學是極其重要的。課堂教學+工廠實習的模式在理論上雖然可以達到教學預期目標，但實際應用起來存在一定的弊端，實際教學效果離預期目標存在一定差距。
一、石油化工加工實驗教學模式與存在的問題
1.目前石油化工實驗教學模式
目前石油化工實驗教學課程一般采取課堂教學+工廠實習的模式進行。具體按照以下步驟進行：
1.1課堂教學
石油化工加工教學內容主要包括加工原理、加工工藝流程、工藝參數、主要設備、操作規程及故障處理。
多媒體技術興起之前，教師通過口頭講述和粉筆書寫傳授石油化工加工知識。但如設備元素是如何構建成設備、操作規程和故障處理教師很難通過圖畫等方式來講述，主要是因為一般操作規程和故障處理步驟繁多復雜非常耗費時間而且讓學生感覺枯燥無趣，所以此類課程課堂教學一般只講述加工工藝流程，而不具體講解實際生產中操作規程和故障處理。
多媒體技術興起后廣泛應用于石油化工加工課堂教學。采用多媒體教學，教師可以節省書寫的時間，擁有更多的時間來講解。同時，課件變得豐富多彩，比如設備結構可以有具體的實物圖，甚至可以采用動畫的形式來演示設備各組成元素如何構建成為設備。但針對石油化工加工操作規程及故障處理，多媒體技術依然無能為力，教師雖然能將規程和故障處理呈現在課件上，但通常只能放映給學生粗略看看。
此外，部分高校課堂教學會配合一些按實物比例縮小的模型輔助教學。但模型只能針對實體物件，對于石油化工加工原理、流程、參數、操作的教學等無法應用。
1.2工廠實習
工廠實習內容主要包括加工原理、加工工藝流程、工藝參數（調試及范圍、影響）、主要設備（結構及控制指標）、操作規程及故障處理。
實習時由工廠技術人員對加工原理進行口頭講述，引導著學生沿著加工流程路線講解加工流程、工藝參數、設備；操作規程和故障處理一般只是簡單講解，學生自學為主。講解完成后學生可以自主在允許范圍內參觀學習，在此過程中，學生若有不清楚的地方可向技術人員咨詢。
2.目前石油化工實驗教學模式存在的問題
2.1課堂教學的抽象性與枯燥性
在多媒體技術應用于石油化工教學之前傳統的教學模式非常陳舊，沒有調動起學生的學習積極性，教學效果比較差。雖然近年來運用多媒體教學手段，教學形式相對豐富，但是由于時間與空間的限制，學生也很難深入有效地學習。
2.2工廠實習的局限性
工廠實習是課堂教學的補充與完善，是學生綜合能力培養與訓練的重要教學環節。傳統的工廠實習是將學生帶入企業，請技術人員講解理論和實踐經驗。由于學生人數不斷增加，實習時間和經費有限，企業內部各項管理措施的限制，學生在實習中只能增加感性認識，很少有動手操作的機會。只能從表面上對企業的生產情況、工藝流程與設備性能形成感官認識，無法接觸生產的工程實際問題，使生產實習的預期效果大打折扣，難以達到教學目標的要求[1]。又由于工廠現場存在機器噪音，而實習一般安排全班同學一起進行，因此，工廠實習時技術人員的講解作用有所減弱。此外，石油化工加工有一定危險性，一般學生實習只能到相對安全的地方，看到工藝流程和設備的一部分，學生在生產實習后還是很難把課本理論知識和現場實際相結合。
2.3課堂教學與工廠實習的銜接性
實驗課的真正目的就是讓學生通過課程的學習能透徹清晰地理解理論知識，鞏固其專業技能[2]。但傳統教學模式是在理論課之后，根據學生的課程安排并結合實習企業的生產管理要求安排工廠實習。因此，工廠實習與課堂教學存在一個較長的時間間隔，此類課程課堂教學本身比較枯燥，學生可能對一些知識有所遺忘，課堂教學與工廠實習銜接性不好。
二、虛擬仿真技術在石油化工加工實驗教學中的應用
虛擬仿真技術是一門多學科的綜合性技術，將先進的仿真技術與網絡技術相結合。石油化工加工虛擬仿真就是以化工生產過程基本規律為依據，利用數學建立模型方法，在計算機上再現該生產過程的一種應用技術。各種單元操作以及生產工藝過程都可以通過仿真軟件真實地再現其生產過程，使學生在一個逼真的環境中獲得對工藝知識的徹底理解、對實際操作技能的熟練掌握[3]。
石油化工加工課程是一門實踐性很強的學科，但受客觀條件的限制，目前石油化工加工的實驗教學難以達到預期教學目標。模擬仿真教學提出了真實現場實物演示的教學模式，可以彌補客觀條件的不足，有利于提高石油化工加工教學的教學水平[4]。
1.仿真技術在石油化工實踐教學中的功能
石油化工加工課程與工程實際聯系緊密，在實踐條件有限的情況下，通過虛擬仿真軟件進行仿真教學，使學生親自體驗整個過程，培養其綜合運用知識的能力及化強其工程意識。
1.1仿真課堂教學
仿真課堂教學與傳統的課堂教學不同之處在于，仿真課堂教學在仿真實驗室內進行，教師一方面通過多媒體技術進行傳統意義上的講授；另一方面可以結合仿真現場各種設備模型和參數調試來講解；在這種課堂教學模式下，學生對設備裝置、工藝指標的控制都有了深刻的認識和理解。
1.2虛擬仿真實訓
學生根據所學的內容在相應仿真環境中進行仿真實訓操作，可以自由調試各個工藝的參數，自由控制各個節點實訓內容，對工藝流程動態參數及注意事項作詳細分析和設定。虛擬仿真技術和實際情境實驗結合的模式可合理有效配置教學資源，解決實踐課時少的問題，形成多元化的教學環境。
2.仿真技術在石油化工實驗教學中的價值
仿真教學提高了教學效率，調動了學生的學習積極性。其次，仿真教學中的演示和實驗，可以讓學生更生動形象地觀察，讓其能夠快速地掌握操作步驟和工藝原理。最后，仿真實訓只是一種模擬，學生進行實驗時不會因錯誤操作而引起不良效果；反復操作時，也不會造成原料的浪費；仿真實訓在故障分析中具有獨到作用，沒有實際生產可能存在的潛在危險，保證了學生的安全。
三、小結
采用“仿真課堂教學+仿真實訓+工廠實習”模式，學生可以結合所學的理論知識，分析判斷模擬操作中出現的問題，并根據幫助提示加以解決處理，仿真訓練完成后，學生再進行工廠實習。通過前期仿真課堂教學和仿真實訓階段，學生已經熟悉企業生產所采用的DCS控制系統，并且對操作室的DCS系統的使用能夠很快地理解[3]。因此，采用“仿真課堂教學+仿真實訓+工廠實習”模式可以顯著提高石油化工加工實驗教學效果。
參考文獻
[1]袁曉麗，萬新，杜長坤等.仿真技術在冶金工程專業實踐教學中的應用[M].重慶科技學院學報，2013（3）：191.
[2]李艷云.仿真技術在電子技術教學中的應用[M].2013（2）：82.
[3] 李廷真 賴慶軻 黃美英.淺議化工仿真技術在化工專業實踐教學中的作用[M].中國西部科技，2013（7）：92-93.
作者：王新平 王旭珍 王新葵 程茜 杜藝 王曉晨 單位：大連理工大學化工與環境生命學部化學學院
光能可以連續地轉變為電能。例如，人造地球衛星和宇宙飛船可持續地從太陽接受光能并轉化為電能，反之，電能也可以持續地通過電燈轉變為光能。也有很多實踐證明，化學能和電能之間可以完全地相互轉化。公式－ΔrGm(T，p)=－W'給出了定溫、定壓下系統自發的化學反應以可逆的方式進行時，將化學能轉變為電能(－W'傳給環境)的能量轉換關系。公式ΔrGm(T，p)=W'則給出了環境向系統輸入電能(W')時，使非自發的化學反應以可逆的方式進行的能量關系。按照光化學第二定律［2］，光能可完全轉化為化學能。這些實踐結果和認識表明，電能、光能是高品位的能量形式，而系統無論接受電能，還是接受光能，都是接受非體積功。
光化學反應的平衡常數在定溫、定壓下，當非體積功為0時(即熱化學反應)，化學反應的標準平衡常數K(T)與反應的標準摩爾吉布斯函數變ΔrGm(T)之間的關系為:（式略）對于光化學反應，該關系式并不成立［3］。這是因為反應系統從環境接受光能，即接受非體積功。例如，反應6CO2(g)+6H2O(l)C6H12O6(葡萄糖)+6O2的ΔrGm(T，p)遠遠大于0，反應非自發(即其反向過程自發)。但是，在日光下，該反應(即光合作用)在常溫常壓綠色植物細胞內實際發生。對于該光化學反應，反應實際發生的方向與用ΔrGm(T，p)判斷的方向剛好相反的結果，并不是由于綠色植物細胞所導致的。這是因為，在無光照射的條件下，同一植物便轉向“呼吸作用”，即實際發生與上述反應相反的過程。可想而知，在某特定的光強下，上述反應將呈現動態平衡。這就是說，上述反應實際向哪一方向進行，完全取決于系統是否從環境得到足夠的光能。對于指定的光化學反應，現假設可被反應吸收的光量子為hν，則在定溫定壓下，由ΔrGm(T，p)≤W'有:（式略）這就是在定溫、定壓下，光化學反應的平衡常數與被反應吸收的光量子數之間的關系式。顯然，由該關系式可知，光化學反應的平衡常數只在一定光強下為一常數。當光強度改變時，它將隨之而變［1］。因為光化學反應要吸收定量的光量子才能進行，而光子具有物質的屬性，因此將被反應消耗的光子視為“反應物”，在理論上也是成立的。極為有趣的是，從這一觀點出發，便有:（式略）這就是前面推導得到的式(4)。通常，把光合作用描述為一種將光能轉變為化學能的反應。在光合反應后，光子這一物質并沒有被放出得到復原，而是被反應吸收掉了(即轉變成化學能被儲存于產物中)。因此，不能把光化學反應理解為“光催化反應”。也就是說，不應將光子視為催化劑，而只能將其歸結為反應吸收的高品位的能量［4］，即非體積功。根據愛因斯坦狹義相對論(E=mc2)，能量也是廣義的物質。因此，也可將能量理解為廣義上的“反應物”。在激光照射、等離子體等環境輸入非體積功的條件下，關于“反應物的實際轉化率超出了相應溫度下的平衡轉化率”之類的研究報導已屢見不鮮。其實，這樣的結果并沒有違反化學平衡規律。這是因為，公式ΔrGm(T)=－RTlnK(T)并未考慮環境對系統做非體積功的情況，所以它只適合熱化學反應。從這個意義上說，式(4)表述的光化學反應平衡與式(1)表述的熱化學反應平衡共同構成了整體的化學平衡規律。從上述每種認識角度來理解光化學反應，都能得出同一結論:對于同一化學反應，在有光參與和無光參與的反應條件下，反應的平衡常數是完全不同的。在光照下達到平衡的光化學反應，只要可被反應吸收的光強度發生變化，原來建立的光化學反應平衡就被破壞。例如，在可自動調節光通量的墨鏡中，當光線較強時（式略）反應平衡向正向移動，墨鏡顏色變深;而當光線較弱時，反應平衡向相反的方向移動，墨鏡顏色變淺。
依靠非體積功進行的非自發反應在定溫、定壓下，對于一個非自發反應，當環境向系統輸入非體積功W'時，沿式(4)的推導過程，也可得到:（式略）式(5)表述環境向系統輸入任何形式非體積功W'的情況下的平衡規律。環境對系統所作非體積功越多，反應的平衡常數就越大。光化學反應平衡有不同于熱化學反應平衡的特殊性。光化學反應的標準平衡常數為（式略）與此類似，依靠輸入其他非體積功而進行的反應，其標準平衡常數與非體積功的關系為ΔrGm(T)－W'=－RTlnK'。這樣，有非體積功(光、等離子體，電能等)存在時，反應轉化率就必然超過相應熱化學反應的平衡轉化率。將光化學反應平衡的特殊性納入物理化學的教學內容是十分必要的，這樣不僅有利于使學生關于化學反應平衡的知識模塊完整化，還有利于學生對化學熱力學知識結構的融會貫通。
關鍵詞：化學反應的方向；教學設計；中學化學教學
文章編號：1005－6629(2012)2－0030－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
1、設計思想
以“從具體的知識傳授到核心觀念建構，從知識解析為本到基於學生認識發展”為指導思想，依據《課程標準》中“能用焓變和熵變說明化學反應的方向”要求，從本節涉及的“化學反應的方向、焓變與反應方向有關的概念、熵變與反應方向有關的概念”等具體知識的教學，上升到幫助學生形成“化學反應的方向問題；化學反應的方向可以用反應體系的某些物理量的變化作判據；和自然現象一樣，化學反應一般由‘高能’趨向‘低能’、由‘有序’趨向‘無序’等”；從對“焓判據”和“熵判據”的知識解析，上升到通過舉證的方法進行證實或證偽，從而促進學生認識的發展。
2、教材分析與比較
本課題內容屬原理性知識，在現行3種版本的高中教材《化學反應原理(選修)》中“化學反應速率和化學平衡”一章中都有體現，但有關內容的編排順序有所不同(見表1)，人教版是按“速率化學平衡(限度)方向”的順序，意在化學反應進行的方向要用到焓變和熵變知識，需要對化學反應的實質有更多的領悟，所以把它放最后，以知識的方式呈現出來，即從內容的難度考慮；魯科版是按“方向限度速率”的順序，旨在反映化學反應研究的一般思路，即對一個任意設計的化學反應，首先需要判斷的是，它在指定條件下有無可能發生，以及在什么條件下有可能發生；對於有可能發生的反應它的限度如何?最后是反應實際進行的情況還涉及反應的速率問題，即從化學反應的一般研究過程考慮。蘇教版是按“速率方向限度”的順序，考慮在此之前學生通過在必修教材《化學2》的學習，已經能定性地認識化學反應有陜有慢，知道許多化學反應中反應物不能完全轉化為生成物等相關知識，引導學生回顧已有知識的基礎上進行新知識的學習，實現新知識與原有知識的融合，即從學生的學習經驗出發。
3種版本的教材，雖然在編排和呈現方式表現不同特點，但在內容上都緊緊圍繞課程標準，在知識的深度上沒有過高要求。從化學反應的自發性、焓變和熵變與化學反應方向的關系等具體內容出發，突出學生已有的生活經驗和認知基礎，以幫助學生形成基本的化學觀念、促進學生對化學反應原理更全面的認識為根本目的。同時，教材為教師的教學和學有余力的學生進一步學習留下空間，教師在教學中不必拘泥於某一版本的教材，可結合學生的認知基礎和學習需求，選擇適當的教學方法。
3、教學目標
[基礎性目標]
(1)通過經驗和直觀體驗，認識自然界中的自發過程及特征，并遷移到化學反應的自發過程，形成“化學反應存在方向”的認識。
(3)通過歸納的方法，知道H＜0有利於化學反應的自發進行，并通過“證實和證偽”的方法，認識焓變不是判斷反應自發的惟一因素。
(3)通過簡單的實驗活動和體驗，知道“熵”可用來描述體系的混亂程度，認識S＞O有利於化學反應的自發進行，但不是判斷反應自發的惟一因素。
[提高性目標]
(4)學會從現象分析到理論探究的科學方法，形成“―定條件下化學反應自發進行的趨勢，并不意味該條件下反應能實際發生”的觀念。
(5)通過分析和概括焓變與熵變對反應方向的共同影響，初步認識這兩個因素不是孤立而不相互關聯的，形成對事物發展或變化整體認識的觀念和全面分析的方法。
(6)通過基於“熵增原理”上的類比體驗，強化環境保護與低碳生活的重要性和迫切性。
4、教學重、難點
焓變、熵變對化學反應自發過程的影響
關鍵詞 化學反應熱效應；設問；圖像；思維導圖
“化學反應中的熱效應”是《化學反應原理》模塊中非常重要的內容，它主要是從能量變化角度來認識化學反應。先引入焓變ΔH，利用物質總能量的變化、化學鍵的變化、蓋斯定律、化學實驗等方面來學習化學反應的熱效應。這些知識對高中生來說是全新的知識，學習起來有一定的難度，而且又派生出了焓變、放熱反應、吸熱反應、熱化學反應方程式等陌生概念，增加了學生學習的難度。因此，在化學反應熱效應的教學中，如何在較短時間內讓學生理清學習的思路，掌握好教學內容就成為教師值得研究的重要課題。筆者根據教學實踐經驗，從以下幾個方面談談化學反應熱效應教學的策略問題。
一、巧妙設問，化解知識疑點
心理學研究表明，思維永遠是從問題開始的，而創造潛能往往能在排除疑難的過程中得到激發。隨著教育教學的不斷改革，隨之而來的教學方式必須由“教教材”向“用教材”轉變。這就需要高中化學教師轉變傳統化學課堂的教學模式，利用“問題”思考，教會學生學習。俗話說：“學起于思，思源于疑。”可以說問題是推動學生學習的原動力，也是學生進行一系列探究活動的前提。西方學者德加默曾經說過：“提問得好就是教得好”。在高中化學教學中，有效提問是建立在師生之間的雙向交流，教師教得如何，學生們掌握的程度怎樣，都能在課堂中學生的提問過程中加以了解。因此，在高中化學的課堂教學中，利用巧妙設疑來進行化學反應熱效應的教學，不僅可以活躍課堂教學氛圍，調動學生化學學習的積極性，還可以對教學過程實施進行實時監控，提高教學質量和效率。
1.在概念教學中設置疑問
在化學反應熱效應的教學過程中，筆者有意識地設置疑問，引導學生參與教學，加強師生互動。如在化學反應熱教學的開始，筆者設置以下的問題對學生進行引導，并讓學生對化學反應中的能量變化有一個總體的 認識。
問題1：化學反應的實質和特征是什么？
問題2：凡是有能量變化的過程一定發生了化學反應嗎？舉例說明。
問題3：化學反應的ΔH與反應物的總能量、生成物的總能量的關系？
問題4：化學反應的ΔH與反應物、生成物的鍵能有什么關系？
通過上述設問，學生們從兩個方面來理解放熱反應與吸熱反應概念，一個是宏觀方面物質的總能量，另一個是微觀方面鍵能的變化。這樣設置問題有助于學生對抽象問題的理解，也有助于后面知識的學習，接著師生共同解決疑難點：為什么規定放熱反應ΔH0？這主要是化學反應以體系為中心，放出熱量，環境溫度升高，體系本身能量降低，就認為ΔH0。這樣建立起體系與環境的基本概念，有利于學生理解學習。
2.在實驗教學中設置疑問
中和熱的測定實驗是從實驗角度描述化學反應熱效應，中和熱的測定實驗是一個定量實驗，在儀器的選擇，方案的設計，數據的記錄方面等要加強對學生的引導，并關注控制變量的方法。師生圍繞誤差產生的原因及減少誤差的措施展開討論，筆者設置以下疑問引導學生一起對實驗進行探究。
問題1：在中和熱的測定實驗中，為什么要將氫氧化鈉溶液迅速、一次性倒入盛有鹽酸的燒杯中？此實驗中氫氧化鈉溶液的加入不能分步進行嗎？
問題2：燒杯上的紙板為什么要及時蓋上，怎樣改進能使誤差更小？
問題3：環形玻璃攪拌棒需要不斷地進行攪拌嗎？環形玻璃攪拌棒能否換成金屬材質的呢？
問題4：在實驗過程中，小燒杯和大燒杯之間為什么要填充滿紙片或者塑料呢？
這些問題都是有關中和熱實驗操作的關鍵所在。這些關鍵操作也是減少實驗誤差的必要操作，師生一起解決完這些問題之后，教師安排學生自己動手進行實驗操作，這樣的教學可起到事半功倍的教學效果。
二、利用圖像，突破知識難點
圖像是一種較為直觀、形象的教學工具。圖像在高中化學反應熱效應的教學中具有廣泛的應用價值，不但能有效促進知識間的聯系，而且能加強學生對知識的理解，同時能在很大程度上指導與幫助學生搭建知識的整體框架，從而提高學生的學習效率。
1.利用圖像判斷放熱反應與吸熱反應
在利用圖像判斷熱化學反應方程式的吸、放熱時，我們只需要看圖像上縱坐標所對應的起點和終點對應的熱量大小情況，即反應物的總能量和生成物的總能量的大小情況。利用圖像可以直觀地分析和比較反應物的總能量和生成物的總能量的大小關系，從而判斷反應是吸熱反應還是放熱反應。如果從圖像上能分析出生成物的總能量高于反應物的總能量，則該反應一定為吸熱反應即H>0，如果從圖像能分析出反應物的總能量高于生成物的總能量，則該反應一定為放熱反應，即H
2.利用圖像書寫熱化學方程式
在化學反應熱效應的學習過程中，其熱化學反應方程式的書寫既是高考的重點同時也是學生學習的難點。在熱化學反應方程式的書寫過程中，以焓變的計算難度最大。焓變的計算主要有兩種途徑：第一，用生成物的總能量與反應物的總能量的差值直接進行計算；第二，如果有出現過渡狀態的計算，從圖像上可以反映出反應熱與活化能大小無關。
3.利用圖像進行知識應用
我們可以利用圖像判斷反應的ΔH的大小。比如： S（g）+O2（g）=SO2（g） H1；S（s）+O2（g）=SO2（g） H2，同種物質，它的狀態不同，所含能量也不同，一般來說氣態>液態>固態。所以我們可以畫出圖1。
由此我們可以得出結論，H1>H2。同理我們可以從這類圖像中判斷物質的穩定性。已知金剛石、石墨與氧氣反應能量變化如圖2所示。
從圖2中我們可以知道金剛石與氧氣反應放出的熱量比石墨與氧氣反應放出的熱量高，也就是說金剛石的能量比石墨的高，依據“能量越低越穩定”，可得出石墨要比金剛石更穩定，也可以得出石墨轉化成金剛石的化學反應肯定是吸熱反應。
三、借助思維導圖，掌握知識重點
結合近年高考有關“化學反應中的熱效應”的相關考題，筆者總結出在高考中，有關化學反應熱效應的核心知識主要有：能量、焓變、熱化學方程式、標準燃燒熱、蓋斯定律、鍵能等。而其中最重要的核心內容是熱化學反應方程式的書寫。要掌握熱化學反應方程式的書寫以及判斷需要具備以下的知識，見表1。
為了讓學生更好地掌握熱化學反應方程式的書寫這一核心知識，筆者在課堂教學中構建了如圖3所示的思維導圖，這樣學生就能更好地抓住熱化學反應方程式的書寫各項要點。
化學知識點比較零散、多而雜，思維導圖可以有效地幫助學生建立知識體系，尤其是適合化學知識點的整理，學生通過畫上述思維導圖大大提高了熱化學反應方程式書寫的正確率，同時也加深理解了化學反應的能量變化。
關鍵詞：化學反應工程 教學改革 工程概念 創新能力
化學反應工程是關于工業化學反應過程的科學，是化學工程學科的一個主要分支，屬于工程科學，其研究內容主要是反應動力學和反應器的設計與分析。化學反應工程課程與數學、物理和化學等基礎課密切相關，也與熱力學、動力學和傳遞過程等存在著交叉關系，加之獨立學院學生的基礎本身較弱，使得該課程的教學難度更大，普通的授課方式很難達到預期的教學效果，必須采用科學、適當的教學方法，因材施教，以提高教學質量。本文圍繞獨立學院對化工類人才培養的要求，提出了化學反應工程課程教學方法的選擇與應用原則，探討了“互動式、啟發式”教學方式，并與實踐相結合的教學模式，以促進化學反應工程課程改革和教學方法創新。
一、堅持“方法論”的教育理念與工程意識相結合的教學思想
化學反應工程是一門綜合性非常強的課程，并且與工程實踐緊密相聯。根據化學反應工程課程教學大綱，要求學生在掌握基本原理的基礎上，重點和難點則應放在分析與解決實際問題的方法論上。在理論教學中，應向學生介紹化學反應工程中的基本原理和化學反應器的設計與分析的基本方法，同時也注重讓學生了解這些知識如何指導工程實際。在教學過程中強調“方法論”教學[1]，提倡采用“工程分析方法”，融入化學反應工程的基本觀點和工程思維方法，培養學生分析工程問題的實際能力，運用以“物質的傳遞與轉化”、“能量的傳遞與轉化”和 “信息的傳遞與轉化”所組成的“三傳三轉”[2]的新模式進行反應器的優化和放大，解決工程實踐問題。在教學過后中堅持“方法論”的教育理念與工程意識相結合的教學思想。
二、教學方法的改革
教學是一門藝術，屬于雙向行為。教學的主體對象是學生，學生應積極參與、發揮主體能動性并將知識內化為自身能力。作為引導者的教師應以科學的方法論為指導，貫徹“少而精、重基礎”和“適用、夠用和會用”的教學原則，通過“預習一聽課一提問一討論”的教學模式[3]，采用啟發式、提問式、互動式、討論式等教學方法，最大限度地激發學生自主學習興趣和學習的積極性。同時，課堂上隨時觀察學生表情，注重彰顯學生的主體地位和個性發展。課后主動了解學生聽課效果和學習難點，及時調整教學進度。對于學生普遍反映“課堂能聽懂，聽后難做題”等現象，適當安排習題課。對學生作業中存在問題進行重點講解，歸納解題思路和方法，鞏固學生所學理論知識。師生通過教學過程的雙向互動，達到“教”與“學”的最佳結合。
三、教學手段的改革
由于化學反應工程學的研究對象內在規律較復雜，一般使用數學模型方法或簡化反應過程，若采用傳統的板書教學手段，學生很難想象，不好學。從而形成了“灌輸式”教學方式，讓學生感覺這門課程枯燥無味，產生厭學情緒。為了適應現代教育技術發展的需要，滿足教學手段改革的需求，通過多年的教學實踐總結，在化學反應工程的教學過程中，既要積極開發和應用現代化教學媒體，又要繼承傳統教學媒體中的合理成分。在教學過程中，采用集文字、實物照片、動畫于一體的多媒體課件，利用動畫效果把抽象概念形象化，動態地展示設備結構、操作原理、物料流動情況，使教學內容更直觀、生動，提高學生興趣，降低教學難度。與傳統的板書教學手段相比，多媒體教學手段的優勢在于能夠實現“動態的問題形象化”，“微觀的問題宏觀化”，“抽象的問題具體化”，“表達方式的多樣化”，提高教學效果[4]。
四、考試制度的改革
考試不僅具有檢測教師教學水平和學生學習效果的作用，更具有引導學生積極學習的“無形指揮棒”作用[5]。考試制度的改革應促進教學內容、方法和手段的改革。通過幾年的教學實踐，針對傳統考試中所出現的種種問題，采用課內考試和課外設計相結合等多種考核方式相結合的考試方案，不僅有效引導學生掌握課程的基本內容，而且在課程教學中加強了實踐能力和創新能力的培養。本課程主要采用撰寫課程小論文、 開展小型反應器的設計型或操作型問題的訓練與考核，充分發揮學生的想象力、提高學生的創新意識。
五、課堂教學與實踐相結合
化學反應工程是實踐性非常強的課程，首先，課堂教學與專業實驗相結合。注重從理論到實踐，再到理論的過程，鍛煉學生的實踐能力與創新能力[6]。在教學過程中我們充分認識到化學反應工程與化工專業實驗的統一性，掌握好理論知識能指導實踐，而科學實踐能幫助我們更好地認識、理解、掌握理論知識，將感性認識上升為理性認識后，再運用到實踐中去。其次，在教學過程中與化工實習、生產實踐相結合。該課程主要以工業反應過程及反應器設備為研究對象，以達到反應器的開發、設計和放大以及優化操作的目的。因此，安排學生到相應企業實習是非常有必要的。近幾年，我們已建立了多家化工生產實習基地，安排學生進廠實習，了解化工生產中所用到的各類反應器及輔助設備等，了解主要裝置的工藝流程及操作，使學生對各類反應過程及所涉及的設備有了感性認識，更容易接受理論教學，有利于教學質量的提高。
六、課堂教學與仿真教學相結合
仿真教學是理論和實踐間的橋梁，實現了理論知識與創造能力的有機結合，既是實踐教學手段，也是實踐教學內容[7]。仿真技術在工程實踐教學中的廣泛應用，改變了傳統課堂教學與實驗教學的內容和手段，對于學生實現理論與實踐的結合起到了重要作用。我們通過化工生產中具有代表性的大型合成氨裝置的過程模擬，將化工單元操作、化學反應、過程控制、能源綜合利用等現代化工過程進行整合模擬訓練，為拓展學生的思維空間，培養創新能力，提供了良好的教學環境。
七、結語
化學反應工程是化學工程與工藝專業的核心課程，理論抽象，數學模型復雜，實踐性和應用性很強。采用多種教學方法相結合，傳統教學手段和多媒體教學手段相結合的方式，充分提高學生學習的主觀能動性與學習效率。將理論教學與仿真教學、專業實驗和生產實習等實踐環節相結合，加深了學生對理論知識的理解，提高了分析、解決工程問題的能力。結合時展需求，積極更新教育觀念，培養滿足化學工業發展所需的應用型人才。
參考文獻
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一、中學生化學反應三重表征的困難
1不能從微觀水平上理解化學反應
相關文獻綜述表明，很多研究者對學生是否在分子水平上理解了化學反應進行了探查。研究發現，學生即使能正確配平化學方程式，也不能在微觀上理解化學反應，這可能與用數學化的方式配平化學方程式有很大關系。國外對這個問題的探查多是結合畫微粒圖和訪談等方法進行的。例如，蓋貝爾（Gabel等設計了14個題目來考查大學生對事物微觀本質的理解情況。題目用不同大小和形狀的圓圈來描述分子、原子，要求學生在物質發生物理或化學變化后再畫一幅新的圖畫。分析結果令人吃驚：第一，有50%的學生忽視了微粒守恒和微粒的排列次序；第二，盡管學過化學的學生比沒學過化學的學生回答得要好，但這種差別并不顯著。這表明，盡管化學課程在一定程度上涉及物質的微觀本質，但通過微觀本質的學習并沒有使學生較好地理解化學。另外，學生的回答中普遍出現的錯誤有：（1當液體變成氣體時，原子被畫大，而不是原子間的距離變大；（2用線條表示液體的水平面，而不是用頂層的微粒來暗示表面；（3氣體分子排列有序；（4在分子分解之后，仍用完整的單位來描述微粒，而不是用更小的原子等單元表示。這表明，盡管化學課程在一定程度上涉及物質的微觀本質，但通過微觀本質的學習學生并沒有較好地理解化學。再如，亞洛克Yarroch要求成績中等以上的高二學生配平給出的化學方程式，并根據方程式畫出微觀圖像，以探查學生對化學方程式的理解。結果顯示，60%的學生能夠配平化學方程式卻不能解釋方程式的意義。這說明學生沒有從微觀水平上理解化學反應。
可以看出，學生不能像化學家那樣進行微觀表征，對學生而言，微觀表征復雜而抽象，這可以從學生對原子結構、化學反應、溶液等特定內容存有_定的相異構想中窺見_二。在過去的三十年里，文獻中關于化學相異構想的研究可謂數不勝數，其中相當部分的內容就集中在微觀表征上，這就反映出學生在微觀表征方面的困難。對于化學反應，學生也存在這樣的困難。
(二不理解化學方程式的符號含義
化學方程式既可以表征宏觀水平的物質變化，也可以表征微觀水平上的粒子行為，符號表征指向的這種模糊性提供了_種思維轉換的流動性，即借助于符號表征，思維可以很方便地在宏觀表征和微觀表征間轉換，這為交流和傳播解釋提供了強有力的工具。符號表征在任何時刻都具有特定的含義，這在專家看來是非常明確的，但對于學生而言，怡怡是符號表征指向的模糊性增加了學生的認知負擔，學生必須能利用上下文和背景知識來明確符號表征的指向。
化學方程式隱含著豐富的信息，對化學方程式的理解也包含著多重含義：明確化學式和各個數字及箭頭的含義、理解化學反應過程中鍵的斷裂和形成、考察化學變化的定量關系等。研究發現，學生對化學方程式的理解存在困難。如，桑格MJ.Sanger)讓學生根據微粒圖書寫化學方程式，他發現44%的學生對下標和系數的理解有不同程度的混淆，有的學生將C3書寫成3C,學生只知道下標表示某分子中的原子個數，卻不知道下標可以表示組成物質的元素比例；約翰斯頓Johnstone等人研究發現，離子方程式中沒有參與反應的離子、氧化數和離子電荷給學生造成了最大的障礙；巴克（Bark〗探查德國學生對鎂條燃燒的理解，他對八、九、十年級的272名學生進行了測驗，結果顯示，30%的學生能正確寫出反應方程式，并能正確進行微觀表征，70%的學生只能記住方程式而不能正確理解其微觀含義，巴克由此得出結論，單純使用化學符號不能幫助學生理解化學反應。
三難以在不同表征水平間進行轉換
化學概念在本質上是多重表征的，成功的化學學習應該建構三重表征的整體模型，在三重表征之間實現思維的自由轉換。現已公認化學教學經常包含宏觀表征和微觀表征間的轉換，用微觀表征解釋可觀察的宏觀現象，然而對學生而言，這種不同表征間的轉換是困難的，這不僅因為微觀世界的抽象本質，還因為對學生來說轉換本身可能就是挑戰。教師與學生在知識和經驗背景方面存在鴻溝，教師已經能很流暢、很容易地實現不同表征間的思維轉換，而學生對物質不是很熟悉，當這種轉換發生時，學生可能會經歷激烈的認知沖突才能實現。作為宏觀水平和微觀水平中介的符號水平不僅增加了學生學習的復雜性，而且由于它指向的模糊性，增加了初學者在宏觀表征和微觀表征間討論的困惑。
已有大量研究發現，很多學生能正確回答談話性的測試題目，然而進一步測試表明，他們不是真的理解了概念，很多學生能夠解決計算問題，而不能解決概念性問題。例如，研究發現，學生成功配平化學方程式并不能保證他們能用圖表的形式準確表征相應的化學反應。[8]我們對這一發現的解釋是，能夠配平化學方程式是符號水平的理解，然而畫微粒圖的能力是微觀水平的理解，學生在聯系兩種表征水平方面存在困難，難以實現不同表征水平間的思維轉換，因此不能成功地解決問題。再如，對于化學平衡，即使是高等化學專業的學生也存在三重表征轉換的困難。研究發現，食鹽溶于水，達到平衡狀態即飽和時，很多學生會認為反應結束了，即將“平衡”等同于“結束”。這說明學生對平衡的動態性缺乏理解，無法建立宏觀表征與微觀表征的聯系。還有很多學生認為，當溶液達到平衡時，化學方程式左邊的物質數目就等于右邊的物質數目，換句話說，學生經常將化學反應中的理解為“等于”，即如果達到化學平衡就意味著反應物濃度等于生成物濃度。這種相異構想可能緣于等號的應用，也說明學生沒有將符號表征和宏觀表征、微觀表征建立起聯系。
專家可以在三重表征之間隨意轉換，而且可能是自發進行的，而學生的三重表征轉換就困難得多。盡管如此，由于三重表征提供了科學概念不同水平上的信息，對概念理解是極其重要的，學生應努力建構起三重表征的內在聯系，增進對科學概念的理解。
二、中學生化學反應三重表征困難產生的原因
從學生自身角度來看，三重表征困難的一個原因是，學生的思維受到他們已有的宏觀經驗的強烈影響，從而無法理解微觀表征，如，_滴水里含有大量的水分子，這些分子竟然在不斷運動著，這對于初學者來說很難接受；第二個原因是，他們有限的概念性知識和貧乏的空間想象能力，導致學生經常不能將_種表征轉化為另_種表征。
本文主要討論化學反應三重表征困難產生的外部因素，這是因為外部因素可以在教學實踐中進行可行性設計，對教學實踐更有啟發意義。
1微觀世界的抽象性
微觀表征關注的世界是一個不可視的世界，只能通過想象來觸及。由于學生已有的知識經驗有限，缺乏空間想象能力，對微觀粒子的表征就很困難，很容易將宏觀性質直接遷移過去，如，認為微觀粒子有顏色、是連續的、有生命、不同狀態下質量不同大小可變等。由于缺乏宏觀經驗的支持，學生的微觀表征就顯得異常困難。盡管存在各種模型和動畫模擬等可視化教學的幫助，但大量研究顯示，學生對微觀世界的理解還是存有大量的相異構想，過去二十年間化學教育文獻的研究熱點就是對學生相異構想的探查，其中相當部分的內容集中在微觀表征上，由此可見，學生微觀表征的困難程度。
現代化學的重要特征之_，就是將微觀粒子間的相互作用模型作為解釋理論的基礎，這些粒子帶有科學猜想的性質。對學生來說，粒子這個詞有_定的誤導性，學生可能把糖和鹽的細粒當作教師提到的粒子，而不是相當小空間水平內的假定粒子。這些微觀水平上的粒子是分子、原子和電子等等，這些粒子存在空間如此之小以致量子效應（對可以直接觀察的粒子來說是微不足道的變得非常顯著，這些“量子物質”擁有屬性的方式和我們熟悉的宏觀粒子擁有屬性的方式有很大不同，它是解釋化學的微粒模型的一個有力證據。量子物質不是堅硬的難以穿透的有鋒利邊緣的實體，而是帶有量子規則模型化了的屬性的很多模糊區域。對化學反應宏觀表征的解釋都是借助于這些微觀粒子的行為來解釋的，在科學上，微粒模型具有真實的和重大的解釋價值。
眾所周知，這種微觀表征模型的使用對許多學生來說具有很大的挑戰性，他們不能完全理解量子物質顯著不同于熟悉的宏觀粒子屬性，學生通常采用一種虛假的解釋，這可能與中學生理解科學模型和科學本質的水平有限有關系，即使是大學生也可能沒有形成有效思考微觀世界所需的心智模型?。
(二教材編制的局限性
教材的編制和內容呈現具有1定的局限性，這嚴重影響了學生化學反應三重表征的建構。
首先，教材對有些知識的論述不是很明確，如，對原子的論述就是典型的例子。沒有人能說明原子是什么或者原子像什么，雖然通過原子級顯微鏡我們看到了金色的原子1個挨著_個一但是原子級顯微鏡的輸出結果是它自己的模型應用的結果。很多教科書回避了原子是或像什么這個尷尬問題，只給出了關于原子性質的論述，那么，學生很容易認同教材中畫出的原子圖像就是原子本來的樣子。對化學反應過程的描述也存在類似的局限性。
其次，文本、圖表或圖形的使用存在問題。如，教材中有的圖是這樣畫的：在一燒杯水中僅畫了幾個液態水分子，這會使得學生認為_燒杯水中只含有那么多個水分子，而這種理解在學生看來是很自然的，因為他們看到的就是這樣，和宏觀經驗是吻合的。在印刷的紙張上不能描繪一燒杯水中大量的水分子，這是文本編制與生俱來的問題。如果文本不對此作出說明或解釋，那么，學生就很容易產生相異構想。
再次，教材內容不能很好地體現微粒的立體性和化學反應的動態性。化學微粒是立體的，化學反應是動態的，但是落實到教材文本中，只能以二維的和靜態的方式呈現，這是教材文本印刷難以克服的局限性。
三化學符號的復雜性
符號表征包含著大量的信息，初學者對其理解起來非常困難，對于化學反應更是如此。我們通常用化學方程式來表征_個化學反應，這個方程式里內含著大量的信息，包括_些抽象的概念，如元素、化合價、電負性、化學反應、能量等，還包括_些普適性的書寫規則，如分子式的書寫規則、方程式的配平規則、離子式的書寫規則等。化學符號本身就是人為表征的，因此，對學生而言，它更像是_些無意義的音節，要熟記這些復雜的符號系統，的確是非常困難的。更何況，化學符號表征的還是-些學生本身就覺得學習困難的知識。
為了使符號表征有意義，教師必須花費大量時間讓學生熟知符號的含義，熟練掌握化學方程式的書寫規則，從一開始就注重從三重表征的角度建構符號表征的意義。符號表征的意義在于，它是一種非常有利的交流工具，_旦建構起正確的符號表征，就會便利我們快速地、有效地交流，并有助于我們在三重表征間的思維轉換。
因此，在教授符號表征的時候，教師應清晰地認識到：（1和專家相比，學生的符號表征能力不如專家有效；（2使用符號表征的方式可能增加感知的復雜性和任務認知需求的復雜性；（3考慮化學符號指向對象是否是模糊的，如果真是這樣，要明確符號在任1點元素、物質、分子、原子等上的含義，注意方程式中符號使用的貫性。
四化學三重表征教學的困難性
化學教育的一個難題是，宏觀表征模型本質上是連續性的，而微觀表征模型本質上是分離的，如，氣體的流動宏觀來看是連續的，而從微觀本質上看氣體分子的行為是分離的。建立宏觀表征和微觀表征的聯系需要理解微觀世界的粒子是極小的。對于“粒子”微粒”這樣的主題詞，學生早就接觸過，因此，學生會借助已有的理解解釋微觀世界中的粒子行為。教師如果不注意聯系學生的已有經驗，借助于宏觀表征和微觀表征的聯系進行教學，很容易造成學生理解上的困惑。
如，對于化學反應的判斷標準是有新物質的產生，對于什么是新物質是從微觀水平上進行判斷的，是我們應用了微觀模型的結果。而從可觀測的宏觀表征上來看，新物質就是明顯不同于原來的物質，對于學生來講，冰融化為水也是_種新物質，盡管在化學上它們具有相同的結構，但宏觀來看，物理變化產生的新物質就像1些化學反應產生的新物質那樣引人注目。很多化學方程式對于學生判斷是化學變化還是物理變化是有幫助的，因為它們可以揭示物質的微觀粒子的行為，但文獻顯示，也有很多化學方程式對于學生的判斷幫助不大。如，對于碳酸鈣加熱生成氧化鈣和二氧化碳的反應而言，很多學生不認為這是1個化學反應，因為碳酸鈣沒有和任何物質反應。另外，一些學生將加熱看作是1種物質，認為碳酸鈣和熱發生了反應。這可能是曰常生活中“反應”的意思對理解化學術語的不利影響。
有研究者總結了化學教學導致三重表征的困難表現為三方面：（1化學教學中教師簡單強調符號表征和問題解決而不重視宏觀現象和微觀表征的聯系；（2化學教學中教師不能很好地結合宏觀、微觀和符號表征，使學生長時記憶中的信息分散零亂，不能系統全面地對化學知識進行理解；（3片面、機械地強調宏觀、微觀和符號三種表征，而不能夠將其與學生的曰常生活聯系在_起，學生無法達到深刻的理解。
五化學方程式配平的數學化
對于中學階段化學反應的學習而言，熟練配平化學方程式是學生要達到的一個重要學習目標。為了實現這_目標，教育工作者研究了很多方法幫助學生熟練配平方程式，其中很多方法就是借助于數學或計算機程序。如，布拉克利Blakley證明了幾乎每-個化學方程式都能用線性代數的Fotoan程序配平。盡管用數學的方法能正確地配平化學方程式，但正如科爾布Kib所說，反應物和產物在化學上真的是不同的物質，化學方程式不像一個數學表達式，因此，它們不能在數學的感覺上等同起來，忽略數學上和化學方程式之間的細微差別增加了概念性錯誤的可能性。?已有研究表明，學生即使正確地配平了化學方程式，他們也不一定理解已配平的化學方程式的含義。用數學方式配平化學方程式導致了學生對化學反應本質的忽略，從而導致了學生的很多相異構想的產生。出于對這種狀況的反思，很多研究者認為，教師要幫助學生理解化學方程式的意義，讓學生學會用化學的方式正確配平化學方程式。目前，國外在這方面的研究大都集中在探查學生配平化學方程式過程中出現的錯誤及其相關教學建議上。
國內有關配平化學方程式的教學研究主要是總結化學方程式配平的方法，或針對某類特定的化學反應方程式的配平進行具體研究，[14]目前，我國化學教學中仍然隨處可見各種各樣配平的口訣。可以說，我國在配平化學方程式的教學上，許多教師并不以理解化學反應為基礎，而是以數學的方式配平，訓練學生配平技巧的成分很大。如此導致的結果是，學生可能會用數學化的方法配平化學方程式，但不理解化學方程式所代表的含義，從而出現對化學方程式本質的理解困難。