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化学与传统文化

一、常考经典史籍材料归纳

1、《汉书》中“高奴县有洧水，可燃”，沈括在《梦溪笔谈》对“洧水”的使用有“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆，松墨不及也，此物必大行于世”“洧水”的主要成分是石油、烟的主要成分是炭黑

2、《抱朴子内篇·黄白》中“曾青涂铁，铁赤如铜”，其“曾青”是可溶性铜盐

3、东汉成书记载有“石胆化铁则为铜”的石胆是硫酸铜，该方法开创了人类文明史上湿法冶金(铁)的先河

4、我国晋代炼丹家、医学家葛洪所著《抱朴子》一书中记载有“丹砂烧之成水银，积变又还成”，丹砂是红色的硫化汞

5、早在古代，我国人民就积累了不少对化学物质变化的认识。例如，晋代炼丹家、医学家葛洪所著《抱朴子》一书中记载有“丹砂烧之成水银，积变又成丹砂”。这句话中的丹砂指的是HgS

6、《本草纲目》中“冬月灶中所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”里的“碱”是K2CO3

7、《本草纲目》“(火药)乃焰消、硫磺、山木炭所合，以为烽燧诸药者”，利用KNO3的氧化性8、《天工开物》中“凡石灰，经火焚炼为用”里的“石灰”指的是CaCO3

9、《天工开物》记载:“凡研消不以铁碾入石臼，相激火生，祸不可测”说明KNO3研磨能易分解10、《本草经集注》中区分硝石(KNO3)和朴消(Na2SO4)的方法：“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”，这是利用

了焰色反应

11、《本草经集注》中区分硝石和朴消:“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”利用焰色反应区别硝石(KNO3)和朴消(Na2SO4)

12、《神农本草经》中“水银……熔化还复为丹”里的“丹”是HgO

13、《本草图经》中“绿矾形似朴消(Na2SO4·10H2O)而绿色，取此物置于铁板上，聚炭，封之囊袋，吹令火炽，其矾即沸，流出，色赤如融金汁者是真也”里的“绿矾”是FeSO4·7H2O，描述了绿矾受热分解的现象

14、公元前多年写成的《山海经》记述:“……令丘之山。无草木，多灰。”这些都说的是天然气露到地面后，发生燃烧的现象

15、《梦溪笔谈·器用》中“古人以剂钢为刃，柔铁为茎干，不尔则多断折”里的“剂钢”是铁的合金。

16、《开宝本草》记载:“硝石，所在山泽，冬月地上有霜，扫取以水淋汁后，乃煎炼而成”涉及物质的溶解、蒸发、结晶

17、《集注》:“鸡屎矾不入药用，惟堪镀作，以合熟铜；投苦酒(醋)中，涂铁皆作铜色，外虽铜色，內质不变”中鸡屎矾指碱式硫酸铜或碱式碳酸铜

18、《新修本草》是我国古代中药学著作之一，记载种，其中关于“青矾”的描述为:“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃……，烧之赤色……”“青矾”的主要成分为FeSO47H2O

19、年，英国传教士威康臣先生在译著《格物探源》中提到：“天地万物皆以六十四种元质配合而成，如金银铜铁养轻淡炭等皆是元质，皆由微渺而造”，微渺即现代之原子、元质即现代之元素、养、轻、淡即氧、氢、氮三种元素

20、我国明代本草纲目中收藏药物种，其中烧酒条目下写到:自元时创其法，用浓酒和糟入甑，蒸令气上……其清如水，味极浓烈，盖酒露也。这里所用的法是蒸馏

21、我国清代本草纲目拾遗中记载鼻冲水，写到:贮以玻璃瓶，紧塞其口，勿使泄气，则药力不减，气甚辛烈，触人脑，非有病不可嗅……,虚弱者忌之。宜外用,勿服……这里的鼻冲水是指氨水

22、青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，屠呦呦对青蒿素的提取属于物理变化中的溶解

23、霾尘积聚难见路人，雾霾所形成的气溶胶有丁达尔效应

24、熬胆矾铁釜，久之亦化为铜，该过程发生了置换反应

25、中国丝绸有五千年的历史和文化。古代染坊常用某种“碱剂”来精炼丝绸，该“碱剂”的主要成分是一种盐，能促进蚕丝表层的丝胶蛋白杂质水解而除去，使丝绸颜色洁白、质感柔软、色泽光亮。这种“碱剂”是草木灰

26、《本草衍义》中对精制砒霜过程有如下叙述：“取砒之法，将生砒就置火上，以器覆之，令砒烟上飞着覆器，遂凝结累然下垂如乳，尖长者为胜，平短者次之。”文中涉及的操作方法是升华

二、中国古代化学的工艺简介

1、中国古代的冶金化学

(1)胆铜法：用胆水炼铜是中国古代冶金化学中的一项重要发明。这种工艺是利用金属铁将胆矾溶液中的铜离子置换出来,还原为金属铜,再熔炼成锭。早在西汉时就已有人觉察到这一化学反应，《淮南万毕术》、《神农本草经》就提到：“白青（碱式碳酸铜）得铁化为铜”，“石胆……能化铁为铜”。

(2)淘冶黄金：黄金都是以游离状态存在于自然界，分沙金和脉金（小金）两种。历史上的早期采金技术都是“沙里淘金”。例如，《韩非子·内储说上》提到“丽水之中生金”。

(3)炼银：银虽有以游离状态或银金合金状态(黄银)存在于自然界的,但很少，主要以硫化矿形式存在,并多与铅矿共生。中国大约在春秋初期才开始采集银，东汉时期发明了以黑锡（铅）结金银的“灰吹法”。明代著作《菽园杂记》、《天工开物》中有翔实记载。

(4)炼汞：在自然界中虽有游离态汞存在,但量很少,主要以丹砂（硫化汞）状态存在。方士们在密闭的设备中升炼水银，先后利用过石灰石、黄矾、赤铜、黑铅、铁和炭末来促进硫化汞的分解。南宋时期发明了蒸馏水银的工艺，设计了专用的装置，《天工开物》中也有类似记载（图2）。在中国的医药化学中还曾利用过铅汞齐、锡汞齐。唐代已开始用银锡汞齐作为补牙剂。

(5)黄铜：明代以前，这种合金是利用炉甘石（碳酸锌矿）和金属铜、木炭合炼而成的。这个炼制方法的记载最早见于五代末期的“日华子点庚法”，是一个炼金术的配方。

(6)炼锌：明初中国已掌握了从炉甘石炼取金属锌的技术，那时称这种金属为“倭铅”。明代著作《天工开物》中有世界上现存最早的关于炼锌术的文字记载。

(7)镍白铜：镍白铜自古是中国云南的特产。东晋常璩《华阳国志》就已记载：“螳螂县因山名也，出银、铅、白铜、杂药。”明代云南已大量生产似银的锌镍铜合金，含铜40％～58％，镍7.7％～31.6％，锌25.4％～45％,称为“中国白铜”

2、中国古代的酿酒

(1)酿酒起源：据《礼记》记载，西周已有相当丰富的酿酒经验和完整的酿酒技术规程，其中“月令篇”叙述了负责酿酒事宜的官“大酋”在仲冬酿酒时必须监管好的6个环节:“秫稻必齐，曲蘖必时，湛炽必洁、水泉必香,陶器必良,火齐必得，兼用六物。”

(2)酿酒：先用米曲霉、黑曲霉、黄曲霉等将淀粉分解(水解)为葡萄糖，称为糖化；再用酵母菌将葡萄糖发酵产生酒精，发酵后的混合料经过蒸馏，得到白酒和酒糟。

3、中国古代的制糖

(1)饴糖：《诗经》中已有“周原膴膴,堇荼如饴”的诗句，可知西周时已有饴糖。战国时成书的《尚书·洪范篇》有“稼穑作甘”之句。“甘”即饴糖。东汉许慎《说文解字》说:“饴,米蘖煎也。”最早对饴做了解释。《齐民要术》对饴的制作，分门别类作了阐述

4、汞化学：汞是炼丹术中最重要的金属，因此关于它的化学反应和化合物研究得最多　

(1)硫化汞：中国古代的炼丹家由丹砂(即硫化汞)升炼水银，曾取得丰富的经验。其中由硫黄和水银再升炼出红色硫化汞这件事，在化学史上有重大的意义：不仅是一项最早的无机化学合成工艺，而且是用合成方法确定一种物质(丹砂)化学组成的最早范例，也是人类对可逆化学反应认识的开端。葛洪在《抱朴子内篇》中说“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。这是古代炼丹家对该可逆反应的简单概括。关于合成丹砂的明确记载,最早见于隋代方士苏元明《太清石壁记》(现存本为唐人楚泽编)的“太一小还丹方”。在唐代以后的中国炼丹术著作中“升炼灵砂”仍占重要地位，入明以后称人工升炼的丹砂为“银朱”

(2)氧化汞：它可能是较硫化汞更早制得的人工制品。《神农本草经》说：“水银……镕化（加热）还复为丹。”《黄帝九鼎神丹经》中的“神符”、“柔丹”、“伏丹”都是在土釜中加热水银制得。这些“丹”实际上都是红色氧化汞，当时人们把它误认作“丹砂”。陶弘景最先明确区分了这两种红色的丹药。明代以后，氧化汞广泛用作疡科药，称为“红升丹”，因为那时是用水银、硝石、白矾三味混合升炼而成，又称“三仙丹”。它的纯度很高，不含游离水银 　　

(3)氯化汞：它的合成是中国古代汞化学中重大成就之一。氯化高汞俗名升汞，中国古代称为粉霜、霜雪；氯化亚汞俗名甘汞，中国古代称为轻粉、水银粉。由于它们都是白色结晶，古时常发生混淆。中国古代炼丹家很早就将水银、硫黄(或直接用丹砂)和戎盐、绿矾（或白矾）一起升炼，以制取甘汞；如配方中再掺入硝石或胆矾，则可制得升汞。大约前者在东汉时先制得，后者在东晋时制得。这两种人工制品后来都成为重要的药物，并有多种配方。清代曾把升汞定名为“白降丹”

5、中国古代的铅化学：商代的墓葬中发现有各种铅器和铅戈，说明中国当时已会炼制和使用铅。炼丹术中也常将铅及其化合物作为实验对象

(1)铅粉：中国最早的人工铅制剂是铅粉，即碱式碳酸铅。铅粉的出现可能始自殷代，因为当时用铅器贮酒，低浓度的酒易发酵变为乙酸，乙酸与铅作用生成的乙酸铅，在空气中吸收二氧化碳后，便会沉积出铅粉。战国时，铅粉已普遍用作化妆品。《周易参同契》里说：“胡粉（即铅粉）投火中，色坏还为铅”；《抱朴子·论仙篇》说：“胡粉……是化铅所作。”这说明汉晋之际对铅粉与铅的互变关系已有较多认识。铅粉自古以来就用作颜料、化妆品和药物；汉代以后又成为制釉原料和炼丹要药

(2)乙酸铅：中国古时称作铅霜，实际上往往是铅粉制造工艺的第一步产物,所以制得可能较早,但关于它的制备方法的记载则较晚，最早见于唐代问世的一些丹经，称为“玄白”。铅霜之名最早见于北宋苏颂的《图经本草》

(3)氧化铅：金属铅在空气中焙烧即得氧化铅(PbO)，中国古称黄丹,其色泽金黄，受到早期炼丹家的重视,称为“玄黄”。若将黄丹以猛火加热，即变为橘红色的铅丹(Pb3O4),秦代已用作红色颜料,因其色红似丹砂,也被炼丹家视为炼丹大药。汉末或晋代发明了用硝石、硫黄和金属铅炼制铅丹的方法,称为硝黄法,纯度较高。《名医别录》对该法已有记载。明代又有改进，采用硝石、矾和金属铅合炼的制法，称为硝矾法，生产效率大为提高。宋代以后，则普遍作为灰吹法炼银的副产品而取得6、中国古代的砷化学：中国古代医药和炼丹术中很早就利用了含砷矿物，其中有雄黄(As2S2)、雌黄(As2S3)、

礜石(FeAsS)、砒黄(不纯的砒石)等；后来又利用了信石(As2O3，信州产者良)。长沙马王堆三号汉墓出

土的帛书所记载的医方中有“冶礜石”和“燔雄黄”，是在空气中焙烧礜石和雄黄，所得升华产物就是人

工制造的砒霜(1)雄黄和雌黄：它们初时用作颜料。宝鸡西周墓出土的丝织物上的黄色纹痕，表明就是以雌黄着色的。

东汉时有疡科“五毒方”，以石胆、丹砂、雄黄、礜石、慈石(即磁石)在土釜中合炼，所得药物的成分为

升华的雄黄、砒霜和少量的硫酸亚汞。《神农本草经》把雄黄列为中品，礜石列为下品，说明对它们

的毒性和医疗效用已有一定的了解。雄黄和雌黄在炼丹术中始终被视为炼丹要药。《神农本草经》中

说，炼食雄黄可使人轻身神仙。《黄帝九鼎神丹经》所记载的“神丹”就是升华提纯的雄黄(2)砒霜：至迟到隋代时，中国炼丹家已知焙烧雄黄制得纯净的砒霜。唐代著名医学家兼炼丹家孙思邈在

《千金药方》中最早用它治疗疟疾、牙痛等病，因其毒性猛烈，称为“貔霜”。较晚的本草学著作则写

作“砒霜”　雄黄、雌黄、砒霜在炼丹术中所以受到重视，还在于它们在炼金实践中用作“点化药”(3)单质砷：中国古代砷化学中的最大成就为单质砷的制得。孙思邈《太清丹经要诀》中有以雄黄、雌黄

与金属锡合炼的丹方，在密闭坩埚中升华的产物即单质砷。南宋方士们将砒霜和草木药或蜜合炼，得

到了“色如银”或“如黑角色，甚硬”的单质砷晶体，称为“死砒”、“伏砒”或简称“砒”。可以说，在化学史

上是中国炼丹家最早发现了元素砷7、中国古代的矾化学：中国古代在染色、医药、炼丹术中都曾广泛地应用各种矾，包括绿矾(FeSO4·7H2O，

又名青矾，用于染黑，所以又称皂矾)、白矾[KAl(SO4)2·12H2O，又名明矾]、黄矾[KFe3(SO4)2(OH)6]、

胆矾(CuSO4·5H2O，唐代以前称石胆)(1)绿矾：为中国制取和应用最早的一种矾。战国时期已用于染黑，那时是通过焙烧涅石(含煤黄铁矿)取

得的，所以得到“儦石”(后改称为礬石)之称，《山海经》已有关于涅石和以涅(绿矾)染黑的记载。在北

宋盛行胆铜法后，便得到了廉价的副产品绿矾。黄矾是绿矾经自然风化氧化而形成的，很早就用于染

色；唐代以后又成为炼金术中的“染色剂”(2)胆矾：石胆和白矾在中国古代用作医药。《神农本草经》将石胆列为中品。炼丹家因为它具有“能化铁

为铜成金银”的神异特性，将它视为“延寿、成仙”的圣药。唐代以前，它的主要产地是遥远的陇西羌道，

十分难得，所以唐人所辑《黄帝九鼎神丹经诀》中有胆矾的制法：用黄矾、绿矾和曾青(碱式碳酸铜)

合炼后经浸取、重结晶而制得。东汉炼丹家狐刚子曾干馏胆矾，从挥发物中收集到硫酸，但未曾推广。　矾在中国古代化学中的重要性还表现在它和硝石一起加热时所起的反应和作用。这时，它们便部分地

起硝酸的作用。例如，红升丹和白降丹的升炼、铅丹的“矾硝法”炼制、南宋以后出现的“炸金法”(金银

分离术)都依靠这种混合药剂的作用

8、中国黄白术的冶金成就：中国炼丹术中的黄白术(即炼金术)以制作人造金银为目的,在古代的技术条件下显然是不可能达到的，但炼丹术士们确实炼成过一些金黄色或银白色的“药金”和“药银”，对古代合金学和化学作出了贡献 　　

(1)砷铜合金：中国炼丹家“点化”药金、药银,使用了一些药剂，其中研制最早、使用最久的是一些含砷矿物，如：雄黄、雌黄、砒石等。西汉武帝时茅盈等即用雄黄点化赤铜,制成含砷量较低(＜10％)的砷黄铜,即当时所谓丹阳金。隋代以后，这种点化技术有所提高，制取了含砷量较高的银白色砷铜合金，这种砷白铜的炼制技艺到唐代趋于成熟，使它成为一种重要的药银。南宋以后，一些方士已知先从砒霜炼制“死砒”，再用它直接点化这种合金。 　　

(2)锌黄铜：中国炼丹家大约在唐代或五代时期掌握了以炉甘石点化鍮石(即鍮石金)的技艺。这种类似黄金的锌黄铜很快取代了砷黄铜，直到现在它在合金中仍占重要地位

(3)二硫化锡：金黄色二硫化锡的炼制成功是中国黄白术中的一项重大成果。7世纪孙思邈最先以金属锡和雄黄合炼制得。北宋人所撰《灵砂大丹秘诀》中又记载了以金属锡和丹砂合炼的制法。欧洲人在14世纪制得，称为“彩色金”(mosaicgold)，长期用作金色颜料 　　

(4)汞齐：中国黄白术在制作药银的尝试中，曾广泛利用水银，制得多种白色的汞齐，如银汞齐、铜汞齐、铜锌汞齐、铅汞齐、铅银汞齐等。唐代已发明世界上最早的补牙合金，即银锡汞齐（白锡银），这种技艺最初也可能也出于方士之手　

(5)其他合金：炼丹家们还曾制得铜锌砷(鍮石银)、锡银、锡砷、锡砷铜（白锡银）、锡铅(生铅银、即镴)等多种银白色合金

9、炼制陶器：陶瓷是传统的硅酸盐材料，它的基本原料是黏土。釉料中主要含有一些金属及其化合物，在高温烧制时金属及其化合物发生不同的氧化还原反应，产生不同颜色的物质

10、冶炼青铜：冶炼青铜的过程大致是先把选好的矿石加入熔剂，再放入炼炉内，点燃木炭熔炼，等火候成熟，弃去炼渣得初铜。初铜经提炼才能获得纯净的红铜。红铜加锡、铅熔成合金，即是青铜。

11、造纸：以我国古书《天工开物》卷中所记载的竹纸制造方法为例，步骤如下：

①斩竹漂塘：将新砍下的嫩竹放入池塘中，浸泡一百日以上，利用天然微生物分解并洗去竹子的青皮

②煮徨足火：放入“徨”桶内与石灰一道蒸煮，利用石灰的碱性脱脂、杀死微生物等

③舂臼：把上述处理的竹子，放入石臼中打烂，形同泥面

④荡料入帘：将被打烂的竹料倒入水槽内，并以竹帘在水中荡料，竹料成为薄层附于竹帘上面

⑤覆帘压纸：将竹帘反过来，使湿纸落于板上。重复荡料与覆帘步骤，叠积上千张湿纸后，加木板重压以挤去大部分的水

⑥透火焙干：将湿纸逐张扬起，生火焙干

12、黑火药：主要成分：硝酸钾、木炭和硫黄。反应原理：2KNO3＋S＋3C点燃=====K2S＋N2↑＋3CO2↑

13、染色：染色是一个很古老的工艺，即用染料使物品着色

14、单质的制取：晋朝葛洪在《抱朴子、仙药篇》，对制取单质砷提出雄黄转化为三氧化二砷，列举六种方法，其中第三种“或先以硝石化为水乃凝之”，从现在的化学反应式看：As3S4+12KNO3=4K3AsO4+4SO2+12NO，再藉富含碳物质松脂等还原得砷。隋末唐初的孙思邈(~年)，在其《太清丹经要诀》中：“雄黄十两(1斤16两计)末之，锡三两，铛中合熔出之，入皮袋中揉之使碎。入坩埚中火之，其坩埚中安药了，以盖合之，密固入风炉吹之，令埚同火色。寒之，开其色似金”。西汉时期的“胆铜法”，更为大家熟知，在《淮南万毕述》中：“曾青得铁则化为铜”。“曾青”指铜的化合物硫酸铜一类。该法一可常温制取，二对矿石品位要求不高，是“湿法冶金”的先祖

15、化合物的制取

(1)化工之母硫酸的最早制得者，中国2世纪(东汉末)的金丹学家狐刚子，在他的《出金矿图录》中的《炼石丹精华法》，就有叙述，早于贾比尔·海扬足足年。原文：“以击垒作两个方头炉，相去二尺，各表里精泥其间．旁开一孔，亦泥表里，使精熏使干。一炉中着铜盘，使足，即密泥之；一炉中，以炭烧石胆使作烟，以物扇之，其精华尽入铜盘．炉中却火待冷，开启任用．入万药，药皆神”文中装置科学性很强，为使不漏气，“即密泥之”，为提高炉温，‘‘以物扇之”。“精华”指硫酸酐或硫酸．

(2)苛性钾　战国时期著作《周礼·考工记》中对氢氧化钾的记述原文：“泺帛，以烂为灰，渥润其帛，实诸泽器，淫之以蜃”。大意按现在的话来说，漂洗(泺)丝帛时，先烧烂木(烂指干燥木头)为灰(含K2CO3较多)，用其灰汁浸泡丝帛于光泽容器中，再加入蜃(蜃指石灰)。其反应：K2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓＋2KOH

晋朝葛洪还指出。“此不宜预作，十日即息”，早掌握苛性钾强烈吸收二氧化碳的性质了；还指出“此大毒”，腐蚀性极强．明朝李时珍还将制得的碳酸钾用于洗衣、发面

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