初中化学原子结构示意图与离子结构示意图探究题

小倩同学了解到：外国人把中国称为"China"，在英文中与瓷器是同一个单词。"青花瓷"又是在中国瓷器中最具代表性的。绘制青花瓷纹饰的原料中主要含有氧化钴（CoO）。

她查阅元素周期表发现钴[读音：gǔ]元素符号为Co，在周期表中与铁元素同位于第4周期、第Ⅷ族。

【提出问题】

小倩同学产生疑问：为什么钴和铁都在第Ⅷ族呢？

【寻求帮助】

（1）[咨询老师]得知：因为铁与钴两种元素原子的结构具有相同点（见图2），使得二者的化学性质相似。因此把这两种元素放在一起。

请你帮助小倩完成下列问题：

①钴元素在元素周期表中的原子序数为 　　；一个钴原子比一个铁原子多一个 　　（填序号）。

A．中子 B．电子 C．质子 D．电子层

②铁原子与钴原子具有相同的 　　（填序号，下同）。元素的化学性质主要与原子的 　　有关，因此二者的化学性质相似。

A．核电荷数 B．核外电子数 C．电子层数 D．最外层电子数

③在化学反应中，金属钴和铁一样，也能与稀盐酸发生反应放出氢气，反应的化学方程式为 　　；钴在氧气中燃烧生成Co ₃O ₄，化学方程式为 　　。

（2）[查阅资料]钴元素有着广泛的用途：钴及其化合物在材料生产、化工生产、医疗中都有着广泛的应用。钴在电池制造中需求量增长很快，钴酸锂（已知：化学式为LiCoO ₂，锂元素化合价为+1）常用作手机电池的正极材料，其中钴元素的化合价为 　　。

【深入探讨】

[产生问题]既然钴与铁的单质具有相似的性质，那么两种元素的化合物是否也有相似的化学性质？

[设计并实验验证]

（1）根据所学知识，同学们已知下列反应可以进行，并进行实验：

FeO $\stackrel{\mathit{a．稀盐酸}}{\to }$ FeCl ₂ $\stackrel{\mathit{b．氢氧化钠溶液}}{\to }$ Fe（OH） ₂

观察记录实验现象：氧化亚铁为黑色固体；实验a中，随着稀盐酸的加入，黑色固体逐渐溶解，溶液呈现浅绿色；实验b中，加入氢氧化钠溶液后出现白色沉淀，静置在空气中，沉淀物颜色发生变化，最后变为红褐色。[查阅资料得知：原因是溶液中的Fe（OH） ₂遇空气中的氧气生成Fe（OH） ₃]

（2）同学们欲探究钴元素化合物的性质。设计并进行了如下实验：

CoO $\stackrel{\mathit{①盐酸}}{\to }$ CoCl ₂ $\stackrel{\mathit{②氢氧化钠溶液}}{\to }$ Co（OH） ₂

请你依据实验现象，完成下列问题：

Ⅰ．实验①中，取少量灰黑色的氧化钴放入试管中，加入稀盐酸，固体被溶解，溶液呈红色，写出反应的化学方程式 　　。另取一支试管加入少量氧化钴，滴入浓盐酸，固体被溶解，溶液呈绿色。说明反应后钴离子在溶液中呈现的颜色与加入酸的 　　有关。

Ⅱ．实验②中，加入氢氧化钠溶液，出现青蓝色沉淀。将试管静置在空气中，沉淀物颜色发生变化，最终变为棕色，试推测沉淀物颜色变化可能与空气中的 　　有关。

通过实验探究，同学们得出结论：铁和钴两种元素的化合物化学性质相似。