研读《天工开物》，设计多类型作业

罗书昌

【摘要】通过对近几年高考对传统文化的考查进行分析，总结梳理高考对传统文化的四种题型：实验型、性质型、物变型和推理型，研读中国古代综合性科学技术著作—《天工开物》，深挖其蕴含的丰富的化学知识和经验，设计六种类型作业，激发学习兴趣，提高作业质量，引导学生感知传统文化，增强文化自信。

【关键词】天工开物；高考真题；多类型作业

《天工开物》作为一部中国17世纪综合性的科学技术著作，蕴含了古人在生产实践中总结出的化学知识，有机融合了中国传统文化和科学观念。本文将《天工开物》中的化学科技知识进行提取，结合近几年高考对传统文化的考查特点，命制多类型的作业，激发学生学习兴趣，引导学生设计作业，体会命题者的设计角度和思路，真正实现减负提质。

一、分析高考真题，梳理考题类型

1.实验型

【2020海南卷】古籍《天工开物》收录了井盐的生产过程。其中“汲水而上，入于釜中煎炼，顷刻结盐，色成至白”的描述，涉及的物质分离操作为（）

A．趁热过滤

B．萃取分液

C．常压蒸馏

D．浓缩结晶

【解析】参考答案：D。此题是以井盐的生产工艺考查蒸发浓缩结晶实验操作。

【2022海南卷】《医学入门》中记载我国传统中医提纯铜绿的方法：“水洗净，细研水飞，去石澄清，慢火熬干。”其中未涉及的操作是（）

A．洗涤 B．粉碎 C．萃取 D．蒸发

【解析】参考答案：C。此题是以铜绿的生产过程为载体考查实验操作，可归于实验型试题。提纯铜绿的过程涉及洗涤、研磨、过滤、蒸发等实验操作。

2．性质型

【2022年山东卷】古医典富载化学知识，下述之物见其氧化性者为（ ）

A．金（Au）：“虽被火亦未熟”

B．石灰（CaO）：“以水沃之，即热蒸而解”

C．石硫黄（S）：“能化……银、铜、铁，奇物”

D．石钟乳（CaCO3）：“色黄，以苦酒（醋）洗刷则白”

【解析】参考答案：C。此题是以古典医学知识为载体考查物质性质，可归于性质型试题。金（Au）：“虽被火亦未熟”，金虽然被火烧但没有变化，说明金比较稳定；石灰（CaO）：“以水沃之，即热蒸而解”，用水浇生石灰（CaO），其与水反应生成熟石灰[（Ca（OH）2]立即放出大量的热而溶解，发生化合反应；石硫黄（S）：“能化……银、铜、铁，奇物”，硫单质能与金银铜铁等金属发生氧化还原反应，表现出氧化性；石钟乳（CaCO3）：“色黄，以苦酒（醋）洗刷则白”，石钟乳表面变黄，用醋酸与表面的CaCO3发生复分解反应，则又恢复成白色。

3．物变型

【2015重庆理综化学】中华民族有着光辉灿烂的发明史，下列发明创造不涉及化学反应的是（）

A．用胆矾炼铜

B．用铁矿石炼铁

C．烧结粘土制陶瓷

D．打磨磁石制指南针

【解析】参考答案：D。此题是以中华民族的发明史为载体考查物质变化。用胆矾炼铜，一般古代用湿法制铜即用铁置换出硫酸铜溶液中的铜；用铁矿石炼铁，用一氧化碳还原铁的氧化物冶炼铁；烧结粘土制陶瓷，是硅酸盐在高温的条件下发生复杂的物理化学变化；打磨磁石制指南针，仅改变磁铁石的形状，没有新物质生成属于物理变化。

4．推理型

【2015年全国卷】我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指（）

A．氨水 B．硝酸 C．醋 D．卤水

【解析】参考答案：B。此题是以《本草纲目拾遗》中硝酸的性质及反应特点为载体考查学生的推理判断能力。“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛”，五金：传统的五金制品，也称“小五金”，指金、银、铜、铁、锡五种金属，“强水”腐蚀性很强，能腐蚀多数五金等多种金属及岩石，但不能腐蚀玻璃；硝酸具有强氧化性，能与银、铜、铁、锡发生反应；浓硝酸和浓盐酸混合配成“王水”，可与金、铂反应；醋虽然可与多种金属及岩石反应，但不能与金、银、铜反应。故可推断“强水”是指硝酸。

综合分析近几年的全国各省高考真题，可以总结出以传统文化为情景命制的试题主要有实验型、性质型、物变型和推理型等。基于此，研读《天工开物》，挖掘其中蕴含的化学知识和经验命制多种类型的试题。

二、研读《天工开物》，命制多类型作业

1.实验型作业

【原创】明代宋应星撰写的《天工开物·燔石·青矾》中记载了青矾（FeSO4·7H2O）的制备方法：“取入缸中浸三个时，漉入釜中煎炼”，其中未涉及的操作是（）

A．浸泡溶解 B．过滤 C．萃取 D．蒸发浓缩

【解析】参考答案：C。此题是以绿矾的生产过程为载体考查实验操作。关键词理解，浸：浸泡溶解；漉：过滤；煎：煎熬浓缩。提纯青矾的过程涉及溶解、过滤、蒸发、结晶等实验操作。

2.性质型作业

【原创】明代宋应星撰写的《天工开物》中记载了不少物质性质内容，下列关于物质性质的描述与判断不正确的是（）

A．“凡盐，见水即化”说明了食盐易溶于水

B．“消石（硝酸盐），以其入水即消溶，故名曰消”说明了消石易溶于水

C．“凡石灰经火焚炼为用，成质（生成碳酸钙）之后，入水永劫不坏。”说明了碳酸钙的难溶性

D．“铁器淬于胆矾水中即成铜色也”铁能溶于CuSO4溶液说明了铁具有氧化性

【解析】参考答案：D。此题以《天工开物》记载的一些物质的性质为载体，考查信息分析和证据推理能力。“凡石灰经火焚炼为用，成质之后，入水永劫不坏”生石灰（CaO）是由碳酸钙焚烧分解生成的，生石灰（CaO）再与水和空气中CO2反应生成碳酸钙，就不溶于水，性质稳定，不易坏了，强调了碳酸钙的难溶性。“铁器淬于胆矾水中即成铜色也”铁制品遇CuSO4水溶液会置换出铜，体现了铁的金属性或还原性。

3.物变型作业

（1）【原创】明代宋应星撰写的《天工开物》中涉及多种化学操作，以下化学操作是化学变化的是（）

A．“其底铺薪 发火煅红”（《五金·倭铅》）

B．“铁化成水”（《冶铸·釜》）

C．“升炼水银”（《丹青·朱》）

D．“凡石灰经火焚炼为用”（《燔石·石灰》）

【解析】参考答案：D。此题考察《天工开物》收集的制备物质所涉及的工艺，有些是物理变化、有些是化学变化。“其底铺薪 发火煅红”，煅是高温加热；“铁化成水”，是高温条件下，铁熔化成液体；“升炼水银”，是指水银升华；“凡石灰经火焚炼为用”，是指用石灰石（CaCO3）高温分解生成石灰（CaO），属于化学变化。

（2）【原创】明代宋应星撰写的《天工开物·彰施·诸色质料》中记述了：“象牙色，栌木煎水薄染；金黄色，栌木煎水染，复用麻蒿灰淋碱水漂（栌木中的黄木素在酸性介质中呈显淡黄色，而在碱性介质中呈显金黄色）。”下列说法不正确的是（）

A．黄木素可以作为酸碱指示剂

B．麻蒿灰溶液呈碱性

C．溶液的pH会影响黄木素的电离平衡

D．黄木素在明矾水中呈金黄色

【解析】参考答案：D。此题以古代染色工匠用栌木中的黄木素进行染色的工艺，凭借经验总结出调节溶液的酸碱性进行调色以达到染不同颜色为载体，考查酸碱指示剂、盐类水解以及溶液的pH对平衡移动的影响。“象牙色，栌木煎水薄染；金黄色，栌木煎水染，复用麻蒿灰淋碱水漂”，译文：像象牙一样的白色（略带黄色），用栌木煎熬的水浅浅染色皆可；金黄色，用栌木煎熬的水染色，还要用麻蒿灰溶液淋洗和碱水（碳酸钠或碳酸钾）漂洗，才能成金黄色。植物染料色素一般是有机弱酸或有机弱碱（黄木素）具有酸碱指示剂的性质在不同的酸碱介质中能使平衡发生移动。麻蒿灰溶液因碳酸水解呈碱性，明矾水解呈酸性，黄木素平衡移动呈浅黄色。

（3）【原创】古籍《天工开物》记载了锡中去铅的提纯方法：“售者杂铅太多，欲取净则熔化，入醋淬八九度，铅尽化灰而去”，下列说法正确的是（）

A．此处也可用盐酸代替醋

B．利用铅易与醋酸反应生成醋酸铅提纯

C．锡中去铅的提纯过程属于物理变化

D．金属活动顺序表中铅比锡活泼

【解析】参考答案：B。此题是以锡中去铅的提纯工艺为载体考查物质变化，属于物变型试题。此题突破常规思维，因为依据金属活动顺序表中锡比铅活泼和依据元素周期表同主族元素金属性递变规律可知铅强于锡，同主族元素金属性变化规律比较的是气态原子失去电子能力由电离能参数大小决定；金属活动顺序表是以比较金属在水溶液中失电子能力排序的，是由金属单质金属键的强弱、气态原子失去电子能力和金属离子的水合能综合因素决定的，可用标准电极电势大小决定，如EΘ（Pb2+/Pb）=-0.126ν、EΘ（Sn2+/Sn）=-0.136ν、EΘ（K+/K）=-2.925ν、EΘ（Li+/Li）=-3.042ν，金属活动顺序表中锡强于铅，锂强于钾，故存在锡与铅性质的冲突。本题中依据金属活动顺序表可判断A和D选项错误。

4.推理型作业

【原创】宋应星在《天工开物·作咸·井盐》中记载：“西川有火井，事甚奇。其井居然冷水，决无火气，但以长竹剖开去节，合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐，注卤水釜中，只见火意烘烘，水即滚沸，启竹而视之，绝无半点焦炎意。未见火形而用火神，世间大奇事也。”这里利用的是某种有机物燃烧加热，该有机物应是指（   ）

A．石油    B．煤    C．甲烷    D．乙炔

【解析】参考答案：C。此题是以用甲烷气体燃烧加热蒸发浓缩结晶制备井盐为载体考查学生的推理判断能力。“以长竹剖开去节，合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐”，用长竹制作的密封的管把其从井底输送到釜脐，此信息可说明是种气体；“只见火意烘烘，水即滚沸，启竹而视之，绝无半点焦炎意”此信息可说明该气体可以燃烧，且无黑烟，呈现的浅蓝色火焰不甚明显，不易被觉察；题意又给信息此物质是有机物，可从四种物质中推断为甲烷。

5.综合型作业

【原创】宋应星在《天工开物·丹青·朱》中记载到：“每升水银一斤（古代一斤为十六两），得朱（朱砂，硫化汞）十四两，次朱三两五钱，出数借硫质而生。”依据上述材料下列说法正确的是（    ）（相对分子质量：Hg-201 S-32）

A．制备朱砂的反应为：Hg + S = HgS

B．一斤水银完全反应

C．参加反应的硫单质为一两五钱

D．古代制备朱砂不遵守质量守恒定律

【解析】参考答案：A。此题用一斤汞和硫制备十七两五钱朱砂为载体命制试题，体会古人已在探索化学反应中收集的质量守恒问题，增强文化自信。“每升水银一斤（古代一斤为十六两），得朱（朱砂，硫化汞）十四两，次朱三两五钱，出数借硫质而生。”因水银升华有损失，参加反应的十五两一钱汞和二两一钱硫合成十七两五钱硫化汞化学反应是遵循质量守恒定律的。

6.开放型作业

请你阅读宋应星的《天工开物》，自己命制一道作业试题。

【学生命题】宋应星在《天工开物·作碱·海水盐》中记载：“凡盐，见水即化，见风即卤（食盐遇到含饱和水蒸气的南风时，因所含杂质MgCl2吸潮性较强，会渗出苦卤水），见火愈坚（食盐遇到火烧时，不易燃烧而溶化成团）”。依据上述材料判断下列说法正确的是（    ）

A．NaCl易溶于水不存在溶解平衡

B．NaCl是离子化合物熔点较高，不畏火烧

C．NaCl具有吸水性，易潮解

D．含杂质MgCl2的NaCl固体，可加足量水溶解、过滤除MgCl2

【解析】参考答案：B。此题以食盐NaCl的性质易溶解不易燃烧以及食盐NaCl易潮解的原因是含有杂质MgCl2为载体命制试题，体会古人已对海水盐性质有较高的认识，增强文化自信。“凡盐，见水即化，见风即卤，见火愈坚。”译文：食盐NaCl见水即溶化，一直到饱和，存在溶解和结晶平衡，食盐遇到含饱和水蒸气的南风时，因所含杂质MgCl2吸潮性较强，会渗出苦卤水，食盐遇到火烧时，不易燃烧而溶化成团而愈加坚硬。

研读传统文化，设计多类型作业，引导学生阅读优秀传统文化，提高赢战高考的效率，增强文化自信。

【参考文献】

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究中心.化学·必修1·第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]朱汝葵，李硕，陈思静.《天工开物》蕴含的化学知识分析与应用[J].广西教育，2021（38）.

（基金项目：本文系海南省教育科学规划2021年度一般课题“高中化学分层次、多类型作业设计的研究与实践”的阶段性成果，课题编号QJY20211034）