必修一專題三第二單元鐵、銅及其化《從文物中學(xué)化學(xué)》(共張)

從文物中學(xué)化學(xué)通過主題創(chuàng)設(shè)情境巧設(shè)問題探究主題達成目標升華主題選擇以文物作為主題創(chuàng)設(shè)情境。中國古代青銅器、鐵器冶煉水平高，種類繁多，功能各異，不凡珍品，很容易引起學(xué)生的興趣，從化學(xué)的角度了解其中的奧秘就順理成章成為學(xué)生學(xué)習(xí)的動機。以鐵、銅性質(zhì)復(fù)習(xí)主題為主線，通過問題鏈的設(shè)計，層層深入，讓學(xué)生在鞏固化學(xué)知識的基礎(chǔ)上，嘗試用化學(xué)知識解釋問題或解決問題。以鐵器、銅器文物為背景，通過文物冶煉技術(shù)的探討，腐蝕原因的分析和防腐方法的閱讀，復(fù)習(xí)鐵、銅及其化合物的性質(zhì)；通過定性分析和定量分析確定青銅腐蝕產(chǎn)物，學(xué)習(xí)設(shè)計簡單的探究實驗，體驗實驗探究的過程，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)美、欣賞美、感悟美的能力，引導(dǎo)贊賞化學(xué)對社會發(fā)展及生產(chǎn)、生活所做出的貢獻?！貧ぶ性胤植紙D地殼中含量較多的鐵，其冶煉和使用比銅要晚得多，為什么？1．古代青銅的冶煉：將含錫的銅礦石用碳還原，稱為Cu+Sn合煉，得到青銅。2．古代生鐵的冶煉：用塊煉法（固體還原法）得到生鐵。寫出用C還原CuO，用CO還原Fe2O3的化學(xué)反應(yīng)方程式。并用雙線橋表示電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。Cu的熔點1083.4℃，F(xiàn)e的熔點1538℃。鐵礦石冶煉制鐵需要還原性更強的還原劑和更高的冶煉溫度。杭州博物館人類社會從青銅時代走入鐵器時代，而博物館收藏的青銅器很多，鐵器卻很少，為什么？漢代鐵鏡漢代鐵器銹跡斑斑？鐵在潮濕的空氣中可能發(fā)生哪些腐蝕類型？嘗試用電化學(xué)原理分析鐵質(zhì)文物腐蝕的過程。書寫在中性或弱堿性環(huán)境下，鐵器的正極和負極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式以及Fe2+轉(zhuǎn)化為鐵銹的化學(xué)反應(yīng)方程式。1990年在對司母戊鼎保護過程中發(fā)現(xiàn)位于該鼎多處發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則形狀紅色銹。從銹的外型上來看呈塊狀集合體，很像鐵的氧化物，但青銅器在常年與土壤和大氣接觸過程中會被氧化產(chǎn)生另一種紅色產(chǎn)物赤銅礦（Cu2O）。如果你是專家，能收集到司母戊鼎表面某處紅色銹狀物少許。請設(shè)計實驗，檢驗其為何種成分？信息提示：Cu2O+2HCl（?。?CuCl2+Cu+H2O向紅色銹狀物中通入足量H2，并加熱，通過觀察生成物的顏色、狀態(tài)確定其組成或用磁鐵吸引以確定生成物中是否含鐵向紅色銹狀物中加入足量稀鹽酸或稀硫酸，通過觀察溶液顏色的變化來確定紅色銹狀物的成分利用鐵釘?shù)匿P和用新制氫氧化銅與葡萄糖溶液加熱得到的狀紅色沉淀Cu2O作為銹狀物樣品進行實驗探究，以兩種物質(zhì)性質(zhì)的不同確定分析方法。實驗一：在生銹鐵釘中加入適量稀硫酸，加熱，再滴加硫氰化鉀溶液，觀察現(xiàn)象。實驗二：在新制Cu(OH)2懸濁液中加入葡萄糖溶液加熱煮沸，得到磚紅色的沉淀Cu2O，再加入過量稀硫酸，觀察現(xiàn)象。實驗三：將紅色試樣溶解在稀硫酸中，銹樣溶于稀硫酸中，無不溶物；溶液呈黃色，滴加硫氰化鉀溶液后變成血紅色，則根據(jù)現(xiàn)象判定銹樣為三價鐵的氧化物。今有紅色銹樣0.4625g，加入足量鹽酸使其充分溶解，先將Fe3+還原為Fe2+，再用0.0200mol/LK2Cr2O7標準溶液滴定至終點，消耗K2Cr2O7標準溶液30.00mL。求銹樣中的Fe2O3的質(zhì)量分數(shù)。信息提示：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O62.3%吳王夫差劍北京故宮太和門前的銅獅銅器文物表面的一層綠色物質(zhì)是什么？如何生成？用化學(xué)方程式表示。堿式碳酸銅可表示為：xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O2Cu+CO2+O2+H2O=Cu2(OH)2CO3

由于文物的獨一性和不可復(fù)制性，顯然對文物銹斑的鑒定方法更為復(fù)雜，但定性、定量分析都是必要的。資料顯示，科學(xué)家研究的結(jié)論是司母戊鼎上某些部位不規(guī)則形狀的紅色銹是Fe2O3，而青銅器表面的綠色銹斑大多數(shù)是堿式碳酸銅，也會有一些存在堿式氯化銅。測定堿式碳酸銅組成的方法有多種，現(xiàn)采用氫氣還原法測定，試完成實驗裝置各儀器的連接和作用。鹽酸鋅粒堿石灰堿式碳酸銅濃硫酸水濃硫酸堿石灰a→kj→gf→de→hi→bc→l除HCl氣體干燥氣體吸收水蒸氣防止空氣中水蒸氣、二氧化碳進入吸收二氧化碳制備干燥純凈的氫氣的方法：制備氫氣的裝置→用水除去鹽酸揮發(fā)產(chǎn)生的氯化氫→用濃硫酸除去引入的水蒸氣。氫氣還原堿式碳酸銅→用濃硫酸吸收水并測定水的質(zhì)量→用堿石灰吸收二氧化碳并測定二氧化碳的質(zhì)量→防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳的干擾。稱取23.9g某堿式碳酸銅樣品，充分反應(yīng)后得到12.7g殘留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。該樣品的結(jié)晶水質(zhì)量為____g，化學(xué)式為________________________。CuCO3·Cu(OH)2·H2O1.8xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O＋(x＋y)H2==(x＋y)Cu＋xCO2＋(x＋2y＋z)H2O△鹽酸鋅粒堿石灰堿式碳酸銅濃硫酸水濃硫酸堿石灰某同學(xué)以氮氣代替氫氣，并用全部或部分儀器來測定堿式碳酸銅的組成，你認為是否可行？請說明理由?？尚?；根據(jù)反應(yīng)xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O=(x+y)CuO+xCO2↑+(y+z)H2O↑，依據(jù)堿式碳酸銅、CuO、CO2和H2O質(zhì)量（或其中任意三個量），即可計算出其組成。吳王夫差劍亮相西安鐵器和銅器在空氣中都會不同程度地因受到腐蝕而生銹，你覺得應(yīng)該采取哪些措施來盡可能防止或減少其生銹？在鐵、銅表面覆蓋保護層設(shè)法改變鐵銅內(nèi)部結(jié)構(gòu)在鐵器表面鑲嵌活潑金屬將鐵器與外電源負極連接古代青銅器保護方法———鉻鹽氧化技術(shù)和用硫化物防腐的技術(shù)

鉻鹽氧化法進行過程是將金屬制件放在滲鉻的介質(zhì)（如用鹽酸潤濕的鉻鐵粉或含氯化鉻的氣體）中加熱，使新生的活性鉻滲入金屬表層，使其表面具有耐蝕性和耐熱性。鉻鹽氧化法其實質(zhì)是一種對金屬化學(xué)熱處理方法。經(jīng)過鉻鹽氧化處理過的金屬其抗氧化性大大提高，在我國秦始皇陵兵馬俑坑中，發(fā)現(xiàn)了一柄經(jīng)過了鉻鹽氧化處理的青銅劍，當場去土銹后，表面光亮如新，劍刃非常鋒利，一劍可劃透12層報紙。表明我國在秦朝時期已經(jīng)掌握了近代才掌握的先進工藝。

舉世聞名的“世界第八大奇跡”——秦始皇兵馬俑二號俑坑曾出土一批青銅劍，劍身上共有八個棱面?？脊艑W(xué)家用游標卡尺測量，發(fā)現(xiàn)這八個棱面的誤差不足一根頭發(fā)絲，已經(jīng)出土的19把青銅劍，劍劍如此。這批青銅劍內(nèi)部組織致密，劍身光亮平滑，刃部磨紋細膩，紋理來去無交錯，它們在黃土下沉睡了2000多年，出土?xí)r然光亮如新，鋒利無比?？蒲腥藛T測試后發(fā)現(xiàn)，劍的表面有一層10微米厚的鉻鹽化合物。這一發(fā)現(xiàn)立刻轟動了世界，因為這種鉻鹽氧化處理方法，只是近代才出現(xiàn)的先進工藝，德國在1937年，美國在1950年先后發(fā)明并申請了專利。媒體報道在清理一號坑的第一過洞時，考古工作者發(fā)現(xiàn)一把青銅劍被一尊重達150千克的陶俑壓彎了,其彎曲的程度超過45度，當人們移開陶俑之后，令人驚詫的奇跡出現(xiàn)了：那又窄又薄的青銅劍，竟在一瞬間反彈平直，自然恢復(fù)。當代冶金學(xué)家夢想的“形態(tài)記憶合金”，竟然出現(xiàn)在2000多年前的古代墓葬里。事實上，關(guān)于鉻鹽氧化處理的方法，絕不是秦始皇時代的發(fā)明，早在春秋戰(zhàn)國時期，中國人就掌握了這一先進的工藝。春秋五霸時期，越王勾踐“臥薪嘗膽”，一舉擊敗了吳王夫差，演出了歷史上春秋爭霸的最后一幕。歲月的流逝，使這場驚心動魄的戰(zhàn)爭靜靜沉睡在歷史的長卷里，忙忙碌碌的后人幾乎把它遺忘了。然而，一支考古隊在挖掘春秋古墓時，卻意外發(fā)現(xiàn)了一把沾滿泥土的長劍，劍條上一行古篆——“越王勾踐自用劍”躍入人們眼簾。這一重大的考古發(fā)現(xiàn)立即轟動了全國，但是，更加轟動的消息卻來自對古劍的科學(xué)研究報告。最先引起研究人員注意的是：這柄古劍在地下埋藏了兩千多年為什么沒有生銹呢？為什么依然寒光四射、鋒利無比呢？通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)，“越王勾踐劍”千年不銹的原因在于劍條上被鍍上了一層含鉻的金屬。大家知道，鉻是一種極耐腐蝕的稀有金屬，地球巖石中含鉻量很低，提取十