教学素材：古籍中的青铜器铸造工艺

【教学素材】 中国古籍中的青铜器铸造工艺 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】青铜是金属冶铸史上最早的合金。中国古代青铜器不仅是金属制品，更是承载礼制、权力与信仰的文明符号。从古籍记载和考古发现来看，青铜器的铸造与使用贯穿夏商周至战国，形成了独特的“青铜文明”。 （1）《尚书》记载了周代分封诸侯时赏赐青铜器的仪式。 （2）《诗经•鲁颂》记载：“万舞洋洋，孝孙有庆”，描绘了宗庙中以青铜钟磬伴奏乐舞的场景，印证了青铜乐器在礼仪中的核心地位。 （3）《吕氏春秋•别类编》中有关于青铜的记载：“金（铜）柔锡柔，合两柔则为刚，燔（烧）之则为淖（液体）”。 （4）《吕氏春秋•先识》记载：“周鼎著饕餮，有首无身，食人未咽，害及其身”。 （5）《周礼•考工记》记载：“凡铸金之状，金与锡黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青次之，然后可铸也”。 （6）《考工记•攻金之工》‌最早系统记载青铜合金配比的文献，提出“金有六齐”，其中“大刃之齐”规定剑类器物为“三分其金而锡居一”，即铜占75%，锡约25%，体现了对硬度与韧性的初步科学把握。 （7）明代，宋应星《天工开物》记载：“凡铜供世用，出山与出炉止有赤铜。以炉甘石或倭铅掺和，转色为黄铜，以砒霜等药制炼为白铜；矾、硝等药制炼为青铜；广锡掺和为响铜；倭铅和写为铸铜。初质则一味红铜而已”。 中国古代青铜铸造工艺在古籍中多有记载，其核心技术主要为‌陶范法‌与‌失蜡法‌，二者均在长期实践中形成完整体系，并被后世文献系统总结。 （1）陶范法（块范法）：陶范法是夏、商、周三代青铜器铸造的主导工艺，代表作品有‌司母戊鼎‌、‌四羊方尊‌，其流程在《‌天工开物‌》《‌考工记‌》等古籍中有明确记述。该方法以泥土制作模具，通过分范、合范、浇铸等步骤成型，适用于礼器、兵器等大型规整器物的制作。 ‌ ①制模‌：先用泥土雕刻出与目标器物形状相同的实心泥模； ‌②翻外范‌：将湿泥片按压在泥模表面，复制纹饰，待半干后切割成多块外范； ‌③制内范‌：将原泥模刮去一层（厚度即为器壁厚度），作为内芯； ‌④合范‌：将外范与内范套合，留出浇注空腔，固定后焙烧成陶质； ‌⑤浇铸与修整‌：注入熔融青铜液，冷却后打碎外范取出器物，再打磨修整毛刺。 （2）失蜡法（熔模铸造）：适合制作镂空繁复、难以翻范的器物，可实现极细密的立体纹饰，代表了古代铸造工艺的巅峰水平，代表作品有曾侯乙尊盘‌、‌云纹铜禁‌等高难度器物。其工艺在春秋战国时期成熟，宋代《‌天工开物‌》亦有间接描述。 ‌①制作蜡模‌：以蜂蜡塑造成型，精细雕刻纹饰； ‌②敷型壳‌：在蜡模外层层涂抹陶泥，形成整体铸型； ‌③脱蜡焙烧‌：加热使蜡流出，形成空腔； ‌④浇铸‌：注入铜液，冷却后破碎型壳得成品。 ‌ 【同步训练设计】 1．三星堆遗址出土了大量精美青铜器，青铜是金属冶铸史上最早出现的合金，与纯铜相比，其强度高、熔点低、铸造性好、耐腐蚀。其中属于青铜的化学性质的是（ 　） A．强度高 B．熔点 C．铸造性好 D．耐腐蚀 2．明代宋应星《天工开物》记载：“凡铜供世用，出山与出炉止有赤铜。以炉甘石或倭铅掺和，转色为黄铜，以砒霜等药制炼为白铜；矾、硝等药制炼为青铜；广锡掺和为响铜；倭铅和写为铸铜。初质则一味红铜而已”。下列说法错误的是（ ） A．青铜的硬度大于纯铜 B．黄铜为铜铅合金，制造锣类乐器一般用黄铜 C．在炉甘石（主要成分ZnCO3）上滴加稀盐酸有气体放出 D．CuSO4•5H2O失去结晶水变为CuSO4的过程是化学变化 3．《吕氏春秋》中记载“金（铜单质）柔锡（锡单质）柔，合两柔则刚”。这句话说明合金具有的特性是（ ） A． 熔点一般比其组成金属的低 B．硬度一般比其组成的大 C．抗腐蚀性一般比其组成金属的强 D． 耐磨性一般比其组成金属的好 4．青铜是铜锡合金，明代宋应星所著的《天工开物》中记载了炼锡的方法，其化学方程式为2C＋SnO2Sn＋2CO↑，下列说法错误的是（ ） A．该反应涉及的 C、CO 都具有可燃性 B．该反应中所有元素的化合价全都发生改变 C．一氧化碳有毒，可以用点燃的方式进行尾气处理 D．酸雨会破坏公园内的大型青铜人物雕塑 5．我国早三千年前的商代就制造出了精美的青铜器。青铜具有良好的铸造性、耐磨性和耐腐蚀性。则回答下列问题： （1）日常生活中用铜做导线，是利用金属铜的 性和 性。 （2）人们大量使用的是合金而不是纯金属，因为合金具有更多优良性能，如钢的硬度比纯铁的硬度 （填“大”或“小”）。焊锡的熔点要比组成的纯金属的熔点要 （填“高”或“低”）。 （3）青铜是铜锡合金，明代宋应星所著《天工开物》曾记载下列炼锡方法，相关的化学方程式可表示为：SnO2＋2CSn＋2CO↑，则该反应的基本类型为 。 （4）请用化学方法区分青铜和纯铜，写出其中的操作、现象和结论： 。 6．阅读下列短文，回答问题。 2021年3月，三星堆遗址的再次发掘引人注目，新出土重要文物500多件，有高2.62米的青铜大立人、由金箔包襄的权杖、重约286克的金面具以及玉石和象牙等。 青铜是金属冶铸史上最早出现的，与纯铜相比，其强度高、熔点低、铸造性好、耐磨。《周礼》重对其制作钟鼎、斧斤、戈戟等青铜物品中的铜锡比例有详细的记录。 青铜物件 钟鼎 斧斤 戈戟 大刃 铜镜 铜（%） 85.7 83.8 80 75 50 锡（%） 14.3 16.2 20 25 50 在地下埋藏的青铜器表面会出现绿色的铜锈（主要成分是碱式碳酸铜，化学式为Cu2(OH)2CO3）。之后人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶铁的技术。 （1）青铜属于　 （“纯净物”或“混合物”）。 （2）如果将青铜片和纯铜片相互刻画，表面有明显划痕的是　 　；某铜锡合金中含铜82%，含锡17.6%，最适合制造的器具是 　。 （3）若将青铜在空气中高温加热会出现发黑的现象，请写出可能的原因，用化学方程式表示为 　。 （4）下列说法正确的是 （填字母） A．金属资源是可再生的 B．金面具出土依然金光灿灿是因为金化学性质稳定 C．青铜器生锈和铁生锈的条件一样 D．人类大规模使用金属的先后顺序和金属活动性有关 7．“沉睡三千年，一醒惊天下”。三星堆青铜器见证了中华文明的多元灿烂。铜制品长期露置在潮湿空气中会锈蚀，生成“铜绿”（化学式为Cu2(OH)2CO3  ）。为从某锈蚀的铜样品中回收铜并制得硫酸锌，取该铜样品（除含有铜、锌和铜绿外，不含其他物质），进行如下操作，回单问题：  【查阅资料】  请结合以上材料回答下列问题： （1）青铜器主要是铜、锡、铅的合金，属于   （填“金属”或“合成”）材料。 （2）气体 a 中含有   和   （填化学式）。 （3）操作 I 的名称是  。操作 IV 是蒸发浓缩、冷却结晶，蒸发过程中玻璃棒的作用是 。 （4）溶液 A 中的溶质有   （写化学式）。 （5）写出②中发生反应的化学方程式   （写一个即可）。 8．《梦溪笔谈》《天工开物》中分别记载了青铜的冶炼和青铜器铸造工艺如下： 青铜的冶炼过程（图1）是将铜矿石和熔剂熔炼得氧化铜，然后在高温下把氧化铜与木炭熔炼得精铜。在精铜中加入锡铅熔炼即得青铜。 青铜器的铸造过程（图2）是用耐火材料制成模型，再向其中浇铸铜液，冷凝处理即得铜器。回答下列问题 （1）青铜属于 （填“纯净物”或“混合物”），青铜的硬度比精铜 （填“大”或“小”）。 （2）氧化铜与木炭反应的化学方程式为 。 （3）可用于制作模型的耐火材料物质是 （填字母） A．木炭 B.．石灰石 C．陶土 （4）青铜刀剑处理时还需要淬火，淬火的操作是 。 （5）越王勾践剑两千年不腐不锈，仍能削铁如泥。据此谈谈你的感悟 。 9．《梦溪笔谈》《天工开物》中分别记载了青铜的冶炼和青铜器铸造工艺，《周礼·考工记》中有关于将铜、锡以不同比例熔合制成功能各异的青铜器的记载。下图为古法炼铜流程，以孔雀石和木炭为原料，经高温缎烧，冷却得到块状金属铜。 【查阅资料】①孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜，碱式碳酸铜受热分解生成氧化铜、H2O和CO2；②铜的熔点1083.4℃，氧气充足时炭火温度可达1200℃左右。 （1）青铜属于 （填“纯金属”或“合金”）。 （2）工艺中木炭的主要作用有两个： ① 。 ②直接与氧化铜反应生成铜。16kg的CuO最多能冶炼出铜的质量为 kg铜。 （3）利用黄铜、青铜制作焊料是因为其熔点比纯铜 （填“高”或“低”）。 （4）球形容器封盖后保留细小通气孔的目的是 。 参考答案 1～4．D、B、B、D； 5．（1）导电、延展；（2）大；低；（3）置换反应；（4）取少量样品分别加入稀盐酸，有气泡产生的是青铜，无气泡产生的是纯铜。 6．（1）混合物；（2）纯铜片；斧斤；（3）2Cu＋O2 ( △ )2CuO；（4）BD。 7．（1）金属；（2）CO2和H2；（3）过滤；搅拌，均匀受热；（4）ZnSO4和CuSO4；（5）Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑或Zn＋CuSO4＝ZnSO4＋Cu。 8．（1）混合物；大；（2）2CuO＋C ( 高温 )2Cu＋CO2↑；（3）C；（4）将刀剑加热到一定温度，再放到淬火介质中快速冷却；（5）金属在适宜的环境下能长期保存。 9．（1）合金；（2）①碳燃烧产生热量，维持炉温；②12.8kg；（3）低；（4）防止容器内因气体增多、压强增大而炸裂。 学科网（北京）股份有限公司 $