由石器、青铜器到铁器

文物中的化学 厦门市翔安第一中学方清梅 考古就是通过对古代实物的材料来直接了解历史 中国历史悠久 埋藏在地下的文物非常丰富 资料1 考古人员在古墓挖掘中 经常会遇到这样的问题 随着岁月的流逝 能说明墓葬年代的信息都不明显了 竹简 纸张 绢帛 壁画都已腐烂或模糊不清 墓碑也早已不知去向 面对挖掘出来的以下物品 从化学视角应选择哪些物品来进行年代测定 A 棺椁B 骨骼C 陶器D 青铜器 14C的半衰期为5730年 一 化学视角下的文物年代测定 14C测年法 14C 二 化学视角下的金属文物 地壳中各元素的含量 人类使用工具的发展进程 石器 青铜器 铁器 问题1 青铜器时代 约6000年前 铁器时代 约2500年前 地壳中含有较多的铁 为什么它的使用比铜要晚得多呢 1 自然界中存在形态2 物质的熔点铁的熔点 1534 8 比铜 1083 4 高得多 问题2 常见金属的冶炼方法 KCaNaMgAl ZnFeSnPb H Cu HgAg PtAu 物理提取 富集 电解法 热还原法 加热法 1 金属的冶炼 二 化学视角下的金属文物 资料2 司母戊鼎是商周时期青铜文化的代表作 出土于河南省安阳 表面已经锈迹斑斑 其主要成分为铜锡合金 经测定 鼎含铜84 77 锡11 64 铅2 79 也掺杂Fe Mn P等元素 现藏于中国国家博物馆 与司母戊鼎同时期出土的精炼红铜制品 含铜量高达99 33 腐蚀程度比较小 问题解决 1 合金的概念 2 合金的性质 锡山 无锡 纯铜制成的器物太软 易弯曲 铜锡合金 青铜 比纯铜坚硬 使劳动工具和武器有了很大改进 越王勾践剑 春秋晚期越国青铜器 由两种或两种以上的金属 或金属跟非金属 熔合在一起而成的具有金属特性的物质 硬度大 熔点低 资料3 1990年在对司母戊鼎保护的过程中发现位于该鼎铭文背面右上方处有一块13 15cm不规则形状的砖红色的锈 溶液呈淡黄色 溶液溶解完全 2 金属文物成分的测定 二 化学视角下的金属文物 说明溶液中无二价铜离子存在 说明反应过程中无偏锡酸生成 从该处取少许锈样做定性分析来判断锈蚀物的成分 操作1 锈样完全溶于盐酸 无沉淀生成 溶液呈淡黄色 知识链接 偏锡酸白色无定型粉末 不溶于水及乙醇 不溶于酸和碱液 与碱共熔可得偏锡酸盐 加热显著失水 操作2 取少量操作1中的溶液 加入硫氰酸钾 Fe2O3 6HCl 2FeCl3 黄色 3H2OFe3 6SCN Fe SCN 6 3 血红色 初步判断该锈蚀物为Fe2O3 nH2O 该过程中涉及到的化学方程式 定性分析结论 疑惑 是否存在Fe2 你的检验方案 无蓝色沉淀生成 操作3 定量分析 高锰酸钾氧化还原滴定 取红色锈样0 45g 加入足量的稀酸使其充分溶解 先采用还原剂将Fe3 还原为Fe2 再用0 03mol L 1的KMnO4标准溶液滴定至终点 消耗KMnO4标准溶液30mL 试求锈样中Fe2O3的质量分数 硫 资料4 古代青铜的冶炼 将含锡的铜矿石用碳还原 成为Cu Sn合金 得到青铜 在冶炼的过程中 发现还存在着如下反应过程 高温 高温 2CuO CCu2O COCu2O C2Cu CO 问题4 请你从原子结构的角度解释 为什么在高温条件下 CuO容易转变成Cu2O 问题5 春秋战国时期我国劳动人民就会冶铁 炼钢 为什么出土的同期文物中却很少有铁质文物 问题6 请从化学反应原理的角度分析 为什么精炼红铜制品比司母戊鼎更耐腐蚀 3 金属文物的腐蚀 二 化学视角下的金属文物 分析钢铁在中性或弱碱性环境下的电极反应式和总反应式 以及铁锈的形成过程 青铜文物 春秋时期的红铜文物 问题8 文物是人类历史文明的结晶 但由于在土壤中受到盐分 水分 气体的腐蚀 有些已经面目全非 请你根据以上情况 结合所学 提出一些金属文物防腐蚀的措施 放于干燥的环境中在铁铜表面覆盖保护层改变金属内部结构将铁器或