由石器、青铜器到铁器.doc

文物中的化学
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一、化学视角下的文物年代测定法
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测定文物的年代？
A、棺椁 B、骨骼 C、陶器 D、青铜器

二、化学视角下的金属文物
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)金属的冶炼
问题2：常见金属的冶炼方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au

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3：人类为何会从使用天然单质铜发展到青铜器？
问题解决
(1)合金的概念：
(2)合金的性质：
(2)金属文物成分的测定
资料3：司母戊鼎是商后期王室祭器。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。从锈的外型上来看呈块状集合体,很像铁的氧化物。因为褐铁矿(Fe2O3.3H2O)、针铁矿(Fe2O3.H2O)的形状多呈葡萄状、土状集合体。但是,青铜器在土壤与大气常年氧化腐蚀过程产生的另一种腐蚀产物赤铜矿(Cu2O) 也呈红色。
首先从该处取少许锈样做定性分析来判断锈蚀物是铁锈? 锡盐? 铜盐?
　　已知：偏锡酸 白色无定型粉末,不溶于水及乙醇,不溶酸和碱液,与碱共熔可得偏锡酸盐,加热显著失水。
操作1、锈样溶于盐酸中呈淡黄色,溶解完全,无沉淀生成。

操作2、锈样溶于盐酸溶液中呈淡黄色,加入硫氰酸钾后溶液显红色 。

操作3：定量分析
你的方案：

取红色锈样0.45g,加入足量的稀硫酸使其充分溶解，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？

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+C === Cu2O+CO↑ Cu2O+C === 2Cu+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？

(3)金属文物的腐蚀
问题5：春秋战国时期我国劳动人民就会制铁、炼钢，为什么后期出土文物中却很少有铁质文物？
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。

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?

(4)金属文物的防腐
问题7：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。

课后习题：
1.司母戊鼎表面有承载历史痕迹的铜绿，又称碱式碳酸铜。查阅资料发现用Cu2(OH)2CO3表示碱式碳酸铜是不准确的，较为准确、科学的表达式是xCuCO3.yCu(OH)2.zH2O ，不同来源的碱式碳酸铜的x、y、z值需要具体测定。
①现采用氢气还原法测定该碱式碳酸铜的组成，请完成实验装置的连接。
已知：xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O+(x+y)H 2 = (x+y)Cu+ xCO2+(x+2y+z)H2O

②某化学家称取19.1g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到9.6g残留物，生成4.4g二氧化碳和5.4g水，根据以上信息，请你帮助他确定该碱式碳酸铜样品的化学式。

③你还能提供其它实验方案，帮助化学家完成碱式碳酸铜组成的测定吗？

2. 古代青铜的冶炼：将含锡的铜矿石用碳还原，成为Cu-Sn合炼，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+C === Cu2O+CO↑ Cu2O+C === 2Cu+CO↑
请你根据下面提供的试剂，设计一个简单易行的实验方案，检验青铜器成分中是否存在Cu2O？
已知：Cu2O难溶于水，易溶于稀盐酸或稀硫酸生成Cu和Cu2+，若存在氧化亚铜，假设Fe2O3是过量的。
试剂：KSCN溶液、稀硫酸、H2O2溶液、氯水、NaOH溶液、KMnO4溶液

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