锌跟稀硫酸铜溶液反应生成黑色物质之谜
锌（Zn）跟稀硫酸铜（CuSO4）溶液反应要生成一种黑色粉末状物质，这应当说是一个众所周知的化学现象和事实，但这种黑色粉末的化学成分是什么，至今还没有统一的认识。为了对这一基础化学实验现象有一个更加切合实际的认识，我们设计了以下几项实验进行探索。
实验一在10只试管里分装15～20毫升水，依次加1到10滴饱和CuSO4溶液，静置观察：
1.因C2+u水解，立即出现略显白色样浑浊，而且溶液越稀，浑浊得越快（几秒钟之内）。
2.1～2小时之后，析出蓝色氢氧化铜沉淀，而且溶液越稀越难析出沉淀，成为较稳定的氢氧化铜胶体溶液。
实验二把锌片投入稀硫酸铜溶液中，光亮的锌片迅速变黑，溶液颜色变浅，随即开始出现氢气泡。
实验三用软刷子轻轻刷下锌片表面上的黑色粉末，用蒸馏水多次洗涤、干燥并进一步做以下几项实验预测。
1.在少量的黑色粉末上加1~2滴浓硝酸HNO3，立即产生大量红棕色二氧化氮。这表明有单质铜，可能有单质锌。
2.在少量黑色粉末中加入稀盐酸，粉末由黑变红并放出大量气体。这既可以确认有单质锌，又可以确认有单质铜（红色）。
3.在少量黑色粉末中加入氨水，溶液显蓝色，这表明黑色粉末中有Cu（OH）2。
Cu（OH）2+4NH3·H2O=
〔Cu（NH3）4〕（OH）2+4H2O
4.在少量黑色粉末中加入氢氧化钠溶液并加热煮沸，粉末由黑变红（Cu）。
5.把黑色粉末隔绝空气或在惰性的CO2气氛中加热，粉末也由黑变红，这说明有如下反应发生：Cu（OH）2+Zn△ZnO+Cu（红）+H2O根据以上实验及其分析，我们有理由断定，Zn跟稀CuSO4溶液（不是浓CuSO4溶液）反应生成的黑色粉末状物质的化学成分，既不是Zn中的杂质，也不是纯Cu，更不是CuO（氧化铜），而是由单质Cu、单质Zn和当初水解生成的Cu（OH）2三者组成的混合物。
为何金属能导电而不是电解质
中学化学课本有一道这样的题目：金属能够导电，它们是不是电解质？
金属不是电解质。电解质在水溶液里或熔化的状态下能够导电，金属固体或熔化状态也能导电，但是，金属导电和电解质导电的本质不同。金属导电是依靠金属晶体中的自由电子导电；电解质导电是依靠电解质溶于水或熔化状态下电离产生的自由移动的离子导电。金属导电发生的是物理变化，电解质导电同时伴随发生化学变化。金属也不是非电解质。
有些同学说，这不是违背逻辑吗？一种物质不是电解质就是非电解质嘛！这种说法不对。要知道，电解质和非电解质是在化合物范围内划分的两类物质。金属是单质，不是化合物。
切削也“疯狂”
“工欲善其事，必先利其器。”高速车床切削金属的刀具，钻井用的坚硬锋利的工具，都是用钨钢和碳化钨合金制造的。
含有9%~17%的钨和一些钒的钢——钨钢，质地特别坚硬，用来做车床上的车刀，真是“削铁如泥”。从前没有发明钨钢的时候，车床的转速每分钟只有几米，再快了车刀口就要坏掉。用了钨钢以后，车床转速每分钟可以加快到几百米，车刀被摩擦发热到摄氏四五百度，刀口也不容易变钝。
有一种用碳化钨和钴粉制成的合金，比钨钢还要坚硬，可以用更高的速度切削金属。它的另外一个重要用途，就是制造可以在岩石层上钻井的钻头。
挖井的技术我国在几千年以前就有了，但是古时候就是在泥地里挖井也是非常吃力的，要在坚硬的石头上钻井，那就更加困难了。今天，不论是开采石油还是勘探矿产，要在坚硬的岩石层上打几百米甚至几千米深的井，都要用这种硬质合金制成的钻头。
你可曾想象过这种钻头的本领吗？钻机使用了这种钻头，每个月大约可以在岩层上打一千米深的钻孔！要耐高温才能有高速。前面，我们已经讲到过高速的火箭和飞机的表面会产生高温，超音速飞机的表面温度可以达到500℃。因此，用钛代替铝来制造飞机，可以使飞机有更高的速度。
其实，高速飞机的最高温度不在飞机的表面，而在喷气涡轮发动机的涡轮叶片上。这里直接受到温度在1000℃左右的燃气冲击，需要比钛合金更耐高温的材料，现在用的是钴、镍、铬等金属的合金。但是，为了进一步提高喷气涡轮发动机的效率，节省燃料的重量，燃气的温度还要再提高。这样，就连钴、镍、铬的合金也吃不消了，可是钨、钼、钽、铌却是这方面最有希望的材料。
但是，现在还有一个问题没有彻底解决，这就是钼合金和铌合金的高温氧化问题。如果你仔细研究一下电灯泡的构造，就会发现：它的灯丝必须和空气完全隔绝。
为什么要这样做呢？
原来灯丝在发热的时候如果遇到空气，马上会和空气中的氧气化合，变成一种白色粉末样的氧化钨，灯丝就烧毁了。
钼和铌也是这样，它们在高温下一碰到空气就会氧化，变成气体的氧化物飞散掉。这好像燃烧煤炭一样，所不同的是一点灰也不剩下。
因此，必须给钼合金和铌合金穿上一件“外衣”，也就是替它包上一层不怕氧化的东西。最近几年来，为了替钼合金和铌合金做一件合身的“外衣”，多少科学家在废寝忘食地进行研究，可是直到今天，还没有满意的结果。
问题之所以特别难解决，是因为这件“外衣”必须天衣无缝，不许有一点点裂纹。否则，在高速飞行的时候，氧气就会渗进去把钼和铌“吃”掉，只剩下一件空“外衣”。不难想象，这将会发生多么严重的事故！
但是，尽管有这些棘手的问题，钼合金和铌合金还是在大规模地进行研究，它仍旧是一种极有希望的高温合金材料。
抵抗腐蚀的能手
钢铁要生锈，各种金属材料在使用过程中，多半也要慢慢地锈坏，这是人人都知道的事情。正因为这样，一座大铁桥用了很长时间以后，如果不换零件，它的负荷量就要降低，火车通过的时候就可能出现事故。
据统计，正在应用的金属材料，每年由于腐蚀，要损毁2%。
“腐蚀”真是工业中的一个大“盗窃犯”！
在化学工业、制药工业里，腐蚀的问题更是严重。许多化学药品，像硝酸、盐酸等，碰到钢铁，只消几十分钟就能把钢铁溶解掉，要寻找合适的材料十分困难。在制药工业中，更怕腐蚀后的金属会把药弄脏，因此，特别需要能够抵抗腐蚀的材料。
在这方面，稀有金属钽神通广大。根据试验，把钽放在浓盐酸或是硝酸中，甚至放在浓盐酸和硝酸的混合物王水中，它也毫不在乎。王水是最厉害的腐蚀剂，金子和白金碰到它也会溶解。因此，说钽能抵抗腐蚀还不够，应该说它是“根本不被腐蚀”的。
钼也是制造耐腐蚀合金的原料。在不锈钢里加上1%~2%的钼，可以大大改善它的抗腐蚀性能。铌和钽也能大大改进不锈钢的耐腐蚀性。
另外，镍、铝、铁合金是三种最好的抵抗盐酸的合金。
看不见的光线
铀和钍的原子里蕴藏着非常大的能量，平时，这种能量只是变成不可见的光，非常缓慢但源源不断地释放出来。这种光虽然看不见，但是可以拍摄得到。因为这个特点，我们把铀和钍叫做“放射性元素”。铀和钍经过某些加工，就成为所谓“原子燃料”。它们能够放出大量的热，可以用来做原子能发电站和原子能交通工具的燃料，也可以做原子弹的炸药。
这种燃料的威力极大，1克铀由于原子核分裂散放出来的能量，抵得上2.5吨煤。
第一个发现铀的放射性的人，是法国物理学家贝克勒耳。
1898年，法国物理学家贝克勒耳发表了他的一个偶然发现，这一发现轰动了当时的科学界。克勒耳当时正在研究“磷光现象”。所谓磷光现象，就是一种物质受到太阳光照射后，在黑暗中能够继续发光的现象。贝克勒耳选择了当时谁也不注意的铀盐作为试验对象。他把铀盐放在太阳光下照射后，又在暗室里用胶卷把铀盐放射的光拍摄下来。有一次，连续下了几天雨，贝克勒耳没有太阳光做实验，只得停止工作，把没有被太阳光照射的铀盐和照相胶卷一起堆放在暗橱里。过了几天，他打开一看，发现没有照过太阳光的铀盐，也能使照片感光。这说明铀盐能自动地放出一种肉眼所看不见的射线来！贝克勒耳惊奇万分，立刻着手仔细研究这一问题，肯定这是一种新的现象——放射性。
伟大的科学家居里夫妇继续对放射性现象进行研究。他们弄明白了许多道理，还发现了另一种稀有金属钍的放射性。以后，又经过许多人的研究，终于在1945年，用铀和钍制成了原子弹，并在1954年，建成了世界上第一座原子能发电站。从此，人类学会了用铀和钍来做发电、开动轮船和潜水艇等的燃料。
1克铀代替2.5吨煤
煤被人称做“乌金”，它比金子有用得多，取暖、煮饭、发电、开火车等，哪样少得了煤？但是，煤有一个大缺点，就是用量太大。一只小煤炉，一个月也要烧成百千克煤。一艘轮船总要有个大煤舱，而且要经常在港口停泊加煤。
我国一年要消耗几亿吨煤。这样多的煤都要装上火车从煤矿运到各地去，该是多么麻烦的事情。
用铀和钍来做燃料要省事得多，1克铀235可以代替2.5吨煤。如果用铀开动轮船，“煤舱”只要像一只火柴盒子那样大就够了。
铀235是原子量235的铀，在天然铀中大约含有0.7%。它常常被用来做“原子燃料”。
很容易想象，用“原子燃科”将给我们带来多大的方便。我国最大的工业城市上海，每年要消耗几百万吨煤。如果把这些煤堆成一米见方的煤堆，可以从上海堆到哈尔滨，大约有2000千米长。这些煤都是从外地运来的，而燃烧后的几十万吨煤灰，又得想法子运走。如果用铀235来代替煤，大约每天10千克，一年不到2吨，就够全上海市用了。
从这个例子可以看到，在不产煤的地区，用原子能来发电是很合乎理想的。
全世界一年大约消耗20亿吨媒，这些煤的体积差不多等于一座10亿立方米的大山。世界上的煤还能挖多久呢？如果考虑到生产的发展，也许再过几百年煤就会挖光，那时候怎么办呢？
从现在看来，最现实的办法就是用铀和钍来代替煤。据估计，世界上已经探明的铀矿和钍矿一共有2000多万吨。用它们来做燃料，要比全世界蕴藏的煤和石油所能放出的能量大20倍！用铀来开飞机，用铀235做动力的原子能破冰船和核潜艇已经制造成功，现在科学家正在研究用铀代替汽油来开飞机。1千克铀235可以使飞机以1300千米/小时的速度飞行10万千米，这就是说：原子能飞机可以做不着陆的环球航行。航空学家多少年来的梦想将要实现了。
有人还研究用铀开动火箭。在宇宙飞行中，减轻重量是十分重要的，但是火箭的燃料却重得出奇：100吨重的火箭，大约要用90吨推进剂，再除掉它本身结构的重量，可以利用的吨位还不到一二吨。如果改用铀235作推进剂，那只要50克就够了。
铀235有巨大的爆炸力，如果用它来开挖水利工程，1千克铀235的工作量，差不多就等于25万人劳动一天。
稀散金属——电子工业的粮食
一组又“稀”又“散”的金属顾名思义，稀散金属不但稀有，而且分散。拿其中的锗来说，地球上绝大部分的锗并不集中在锗矿里，而是分散在普通的煤炭、铅锌矿和某些铁矿里，含量一般都在十万分之一左右，甚至更少。要从含量如此小的原料中提取锗，确实是个非常棘手的问题。
再拿其中的另外三个成员——镓、铟、铊来说，它们分别藏身在铝矿、锡矿和铅锌矿里，含量也只有十万分之一左右。
砷化镓二极管
这几种稀散金属都有很大用处，特别重要的是：它们以及它们的化合物，在电子工业上有多种多样的用途。锗是一种良好的半导体，在雷达和电子计算机发展史上，曾经大显神通。砷化镓是一种新型半导体，有人认为是未来高速电子计算机的原材料，很受重视。
锑化铟是一种能“看”红外线的半导体，在遥感技术中很有用处。
正因为这样，人们才费尽心机，发明各种巧妙的办法，把这些稀散金属从大量的矿石中浓缩起来，提炼出来。
“千里眼”和遥感技术之谜
让我们先讲一个稀散金属锗在第二次世界大战中“立功”的故事。
1939年，法西斯德国的军队占领了法国，兵临英法海峡，企图渡过海峡，在英国登陆。德国的空军昼夜不停地轰炸英国本土。当时，英国的防空部队非常被动，尤其是在夜间，当德国飞机到达英国上空的时候，探照灯才盲目地进行搜索。这种搜索效率很低，而且探照灯本身就是轰炸的好目标。
后来，情形突然变了。德机一到，几十架探照灯马上瞄准飞机，把飞行员照得头昏眼花，大量的飞机被炮火打了下来。原来英国人掌握了雷达，德机没有临空，就被雷达“看”到了。
雷达是现代的“千里眼”。在我国的万里国防线上，也有强大的雷达网在守卫着。锗是制造雷达的重要材料。
