化学反应微观过程的动画制作应注意的问题，本文主要内容关键词为：化学反应论文,微观论文,应注意论文,动画制作论文,过程论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在中学化学计算机辅助教学中，用动画表示化学反应的微观过程可以把分子、原子之间的相互作用、化学键的断裂和形成、原子或原子集团的分与合形象逼真地、动态地展现出来，生动活泼，吸引力强，能够激发起学习者积极的态度和求知的欲望，激发学习者的学习兴趣，使学习者处于主动学习的地位，形成直接学习的动机，增加无意记忆和联想记忆。动画有很强的表现力，可以化抽象为具体，化微观为宏观，化难为简，使学习者容易理解和掌握。使用动画能增强软件的有效性和教育性，提高教学效率。这些都是文本、图形、视频等媒体形式所无法比拟的，因而受到中学师生的青睐。
但是，纵观当前商业的、免费的以及自制的中学化学教学软件中表示化学反应微观过程的动画，能正确反映化学反应历程的非常少见，绝大多数都存在一些应该注意的问题，归纳起来有以下几种：
一、反映化学反应微观过程的动画不符合反应机理
按照反应机理制作的动画几乎见不到，多数动画用简单方式代替复杂的反应机理，归纳起来，这些简单方式有如下几种：
1.一次碰撞式
即反应物一次碰撞直接变成产物。经常看到的此类动画有：碘化氢的分解反应、苯的加成反应、乙烯水化制取乙醇的反应、乙醇与金属的反应、乙醇与氢卤酸的反应等。比如，表示碘化氢的分解反应过程的动画是这样的，两个碘化氢分子碰撞在一起，形成一个氢分子和一个碘分子。
实际上，该反应并不是一步完成的基元反应，而是分两步完成的复杂反应，其反应机理是：首先两个碘化氢分子碰撞在一起，形成一个氢分子和两个碘自由基：
（1）HI+HI→H[，2]+I·+I·
两个碘自由基再与其他粒子M（如碘分子或氢分子）碰撞，生成一个碘分子。
（2）I·+I·+M
I[，2]+M
对于分步进行的多取代反应，也经常使用一次碰撞式。比如，甲烷氯代反应的动画是这样的：一个甲烷分子与一个氯气分子碰撞，生成一氯甲烷，这个一氯甲烷分子再与一个氯气分子碰撞，变成二氯甲烷，二氯甲烷分子再与一个氯分子碰撞……最后变成四氯化碳。
实际上，在光的作用下，甲烷的氯代生成四氯化碳的反应是分四步进行的，其方程式可以写为：
CH[，4]+Cl[，2]→CH[，3]Cl+HCl
CH[，3]Cl+Cl[，2]→CH[，2]Cl[，2]+HCl
CH[，2]Cl[，2]→CHCl[，3]+HCl
CHCl[，3]+Cl[，2]→CCl[，4]HCl
但必须注意，这四个方程式所代表的反应都是复杂反应而不是基元反应。比如第一个反应的机理是：
在光的作用下，氯分子离解为两个氯自由基：
（1）Cl[，2]→2Cl·
氯自由基与甲烷作用，生成氯化氢和甲基自由基CH[，3]·。
（2）CH[，4]+Cl·→HCl+CH[，3]·
甲基自由基再与氯分子反应，生成一氯甲烷，同时又产生一个氯自由基。
（3）CH[，3]·+Cl[，2]→CH[，3]Cl+Cl·
反应（2）与（3）反复进行，直到所有甲烷分子耗尽为止。同样，其余三个反应机理也都是复杂反应。
可见，“一次碰撞式”是不符合反应历程的。
2.先分后合式
即反应物的分子都先“分”成两个或几个部分，或全部解离成原子，然后重新“组装”成产物的分子。经常看到的此种动画有：氢气与氯气的化合反应、一些复分解反应、合成氨反应、氧气和硫的反应、乙醛和氧气反应、乙烯的加成反应等。比如，反应H[，2]+Cl[，2]=2HCl的动画是这样的：一个氢气分子分解成两个氢原子，同时，一个氯气分子分解成两个氯原子，然后，两个氢原子分别与两个氯原子结合形成两个氯化氢分子。
早巳清楚，反应H[，2]+Cl[，2]=2HCl具有直链反应机理（M表示其他粒子）：
（1）Cl[，2]+M2Cl·+M
（2）Cl·+H[，2]HCl+H·
（3）H·+Cl[，2]HCl+Cl·
（4）Cl·+Cl·+MCl[，2]+M
反应（1）是链的引发反应，产生自由基Cl·；反应（2）和（3）是链的传递反应，反复进行，直到所有的反应物都变成产物HCl。反应（4）是链终止步骤。可见，用简单的“分”与“合”代替复杂的反应机理是不正确的。
3.互相交换式
即两个反应物互相交换某个成分而变成产物。许多取代反应的动画被做成此种方式，如苯或苯酚卤代反应，氯苯与水的反应，苯的硝化反应等。比如，苯与溴水反应生成溴苯的动画是这样的：苯分子“抛出”一个氢原子给溴，溴分子同时“抛出”一个溴原子给苯，于是，苯分子变成溴苯，溴分子变成溴化氢，反应完成。
实际上，在有催化剂（如铁粉或卤化铁）存在时，苯的溴代反应属于亲电取代反应。反应机理如下：
溴分子与催化剂（如三溴化铁）作用生成溴正离子和四溴合铁离子：
Br：Br+FeBr[，3]→Br[+][FeBr[，4]][-]
溴正离子进攻苯环，生成碳正离子中间体：
然后消去一个氢质子（注意这里是异裂），便形成取代产物：
氢质子与四溴合铁离子反应，生成溴化氢：
[FeBr[，4]][-]+H[+]→FeBr[，3]+HBr
可见，“互相交换式”是不符合反应机理的。
化学反应有基元反应与复杂反应之分，基元反应是一步完成的，复杂反应是多步完成的。绝大多数反应是复杂反应，基元反应是很少见的。复杂反应的反应过程是多种多样的，每一个反应的机理都要经过许多科学工作者多年的努力，通过大量的实验，反复的比较和严密的推理才能推断出来，绝不是从化学反应方程式一下子就能“看”出来的。因此说，无论是一次碰撞式，还是先分后合式和互相交换式，都没有正确地反映化学反应的微观过程，因而都是不可取的。
二、不管是否为气相反应，一律用分子碰撞的方式实现
气相反应可以用分子碰撞表示反应过程，但非气相反应则不可以。许多反应中，反应物并不都是气体，如磷的燃烧，硫的燃烧，铁的生锈反应中，磷、硫、铁都是固体。即使反应物和产物都是气体，也未必就是气相反应，比如用铁做催化剂的合成氨反应、乙烯催化加氢反应等就不是气相反应。但经常看到一些动画忽略这一点，用碰撞的方法完成此类非气相反应。
固体的燃烧、金属的生锈，反应是在固体表面上进行的，属于非气相反应，用分子碰撞的方式表示此类反应微观过程是不对的。
两种气体之间的反应，如果使用固体催化剂，反应往往是通过催化剂对反应物的吸附，在固体表面上进行的，产物脱附后再进入气相。
例如，乙烯加氢反应在无催化剂时难以发在催化剂（如铂、钯等）存在下，其反应机理如下：
氢气吸附在催化剂的表面，离解为氢原子，与被吸附在催化剂表面的乙烯分子反应，生成乙烷，脱附后离开催化剂表面。
又比如，在铁催化剂的作用下，合成氨反应的反应机理是：
首先，氮气和氢气在铁催化剂表面发生化学吸附，并离解成氮原子和氢原子：
N[，2]+2（Fe）→2N（Fe）
H[，2]+2（Fe）2H（Fe）
然后，氮原子与氢原子在铁催化剂表面进行表面反应，经三步生成氨分子：
N（Fe）+H（Fe）HN（Fe）+（Fe）
HN（Fe）+H（Fe）NH[，2]（Fe）+（Fe）
NH[，2]（Fe）H（Fe）NH[，3]（Fe）+（Fe）
最后，氨分子脱离催化剂表面（脱附）。
NH[，3]（Fe）NH[，3]+（Fe）
显然，此类反应不是通过反应物分子的碰撞完成的，其动画应该按照“吸附—反应—脱附”的机理来制作。
三、不注意不同反应中化学键断裂方式的不同
化学反应分为离子型反应和游离基反应两大类。在离子型反应中，化学键发生异裂，形成正、负离子；在游离基反应中，化学键发生均裂，形成游离基。这两类反应的机理有着本质的区别。动画中，表示均裂时，化学键应该从中间断开，表示异裂时，化学键应该从一端断开。但许多表示反应过程的动画中，不管反应属于什么类型，化学键一律从中间断开。
比如，乙烯加溴属于离子型亲电加成反应，Br—Br键发生异裂，应该从一端断开，但所见的动画中，Br—Br键都是从中间断开的。
已经知道，乙烯加反应CH[，2]
CH[，2]+Br—Br→CH[，3]Br—CH[，3]Br的反应历程是：
由此可以看出，Br—Br键从中间断开的动画是不正确的。
在有机反应中，烷烃的取代反应属于游离基反应，化学键发生均裂，此类反应的化学键从中间断开是正确的；而烯烃的亲电加成、苯环的亲电取代反应都是离子型反应，化学键发生异裂，此类动画的化学键应该从一端断开。
以上讨论了值得注意的三个问题，此外还有一些，如把不能发生的反应（如水的分解）做成动画，用化学反应方程式的系数比代替化学反应平衡体系中各个物质分子个数之比等，这里不再详述。
化学反应的微观过程是客观现象，制作表示反应微观过程的动画是为了把真实的微观过程形象地展示给学生，在学生的大脑中形成正确的、生动的图像。但如果动画展示的过程与事实不符，就会在学生大脑中形成错误的图像，这对学生当前和将来的学习都会产生不利的影响，所以这个问题不可小视。
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