师：同学们好，今天我们一起研究与学习元素的性质。首先，请同学们看两幅图片。这幅图展示的是锂电池在各种领域中的应用，另一幅是常用锂电池主要成分的含量，其中氧化钴锂含量占34% 。那么，如何将废旧电池的氧化钴锂转化成碳酸亚钴呢？针对这个问题，本节课我们要研究以下几个问题：一、通过主族元素在周期表中的位置，推测主族元素化合物的性质；二、实现氧化钴锂到碳酸亚钴的转化思路；三、元素性质的递变规律；四、原子结构以及结构的表示方法。我们首先来研究问题一，卤元素位于周期表中的什么位置呢？又该如何推测卤单质化合物的性质？钴元素位于周期表中的什么位置呢？我们说钴位于周期表中的第四周期第Ⅷ族。那么主族元素与我们学过的什么元素处于相同位置呢？在第四周期第Ⅷ族中，除了钴元素还有镍和铁。所以，我们学过的铁元素与钴处于相同位置。那么铁及其化合物又有哪些化学性质呢？它们之间又是如何转化的呢？

　　我们可以将铁及其他的化合物按照分类以横坐标来建立，以铁元素具有的化合价为纵坐标，这样可以建立类价二维转化图。横坐标是物质的类别，铁可以转化为氧化物，氧化物可以转化为盐，盐再转化为碱，碱又可以转化为盐。纵坐标有铁元素的零价、正二价和正三价。从这幅图上我们可以看出，铁单质可以与氧气反应转化成对应的二价铁的氧化物和三价铁的氧化物。然后氧化物通过跟酸反应生成相对应的硫酸盐和硝酸盐，三价铁的盐和二价铁的盐再与氢氧根反应就可以生成对应的三价铁的碱和二价铁的碱。从横坐标上来看，我们可以从零价变成正二价和正三价，其中正二价的铁可以转化成正三价的铁，正三价的铁也可以转化为正二价的铁。

　　从这一幅图上我们可以看出，横坐标是物质类别之间的转化，纵坐标是通过氧化还原反应实现的转化。那么类比迁移，预测一下主族元素化合物的性质，并构建主族元素类价二维转化关系图。我们知道钴与铁处于周期表中相同的位置，因此它们的化学性质相似，也就是说钴也有零价、正二价和正三价的化合物。那么从这里我们可以看出，钴有单质、氧化物，如三氧化二钴、四氧化三钴以及氧化亚钴。它的碱有氢氧化钴和氢氧化亚钴。我们这里可以看出三价钴可转化成二价钴，其化合价降低，是一种氧化剂，因此只要加入还原剂就能实现三价钴转化为二价钴。那么二价钴又如何转化为碳酸亚钴呢？只要选择合适的碳酸盐就能实现，因此我们就可以根据类价二维转化图来实现碳酸亚钴从氧化亚钴的转化。

　　那么大家看一看，氧化钴锂转化成二价钴，这种变化属于什么反应类型？在这个过程中，氧化钴锂中的钴是正三价，化合价变成二价的钴，因此它的化合价发生了变化，所以我们说它是一个氧化还原反应。那么该变化中需要加氧化剂还是加还原剂呢？氧化钴锂转化为二价钴的过程中，钴的化合价是降低的，它充当氧化剂，为了实现该转化我们应该加入合适的还原剂。

　　那么选择稀盐酸作为还原剂，还是稀硫酸加双氧水做还原剂呢？如果我们选择稀盐酸作为还原剂，稀盐酸的主要成分是氯化氢，也就是说这里氢元素的化合价不能升高，只有氯元素化合价可以升高到0价。也就是说选择稀盐酸以后会有氯气产生，会对空气产生污染。因此我们选择稀硫酸加双氧水做还原剂，因为双氧水做还原剂时，其中的氧元素从 - 1价要升高到0价，有氧气产生，但不会对空气产生污染。

　　那么该反应为什么一般都在80摄氏度以下进行呢？从动力学的角度，温度升高有利于三价钴向二价钴的转化，该反应是一个吸热反应，因此温度越高有利于反应的进行。但从热力学的角度，温度升高反应速率加快，但是双氧水在温度过高的情况下会发生分解，因此我们一般选择反应温度在80摄氏度以下进行。

　　通过刚才我们由铁元素类比钴元素的性质，推出了氧化钴锂转化为二价钴，也就是碳酸亚钴。那么在此过程中我们利用了什么原理推测出主族元素的性质呢？是元素周期律，也就是说元素的性质随着核电荷数的增加，呈周期性的变化。钴元素与铁元素在周期表中处于相同的位置，因此它们的性质相似。

　　那么铁元素的性质又具体表现在哪些方面呢？我们说元素的性质具体表现在原子半径、元素的化合价、元素的金属性及非金属性。那么原子半径的变化规律是什么样的呢？在同周期当中，原子半径从左到右，随着核电荷数的增加，半径逐渐减小。在同主族中，从上到下，随着核电荷数的增加，原子半径逐渐增大。那么化合价又是如何变化的呢？在同周期当中，随着核电荷数的增加，元素的化合价正价从正一价变化到正七价，负价从中间出现，从负四价变化到负一价。在同主族当中，由于它们的最外层电子数相同，因此它们的化合价相同。

　　那么元素的金属性和非金属性的变化规律又如何呢？我们说在同周期当中，随着核电荷数的增加，从左到右元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。在同主族中，从上到下，随着核电荷数的增加，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。那么体现元素的性质的主要参数又有哪些呢？我们说有元素的第一电离能、元素的电负性。那么元素的第一电离能变化规律有哪些呢？我们说元素的第一电离能在同周期当中，随着核电荷数的增加，元素的第一电离能逐渐增大。但是由于第二主族和第五主族元素的原子处于全满、半满以及全空状态时，其电离能出现异常，即在同周期中第二主族的第一电离能大于第三主族的第一电离能，第五主族的第一电离能大于第六主族的元素的第一电离能。那么电离能又有何应用呢？我们说主要用来衡量元素的金属性强弱，也就是说该元素的第一电离能数值越小，该元素就越容易失电子，该元素的金属性也就越强。反之，该元素的第一电离能数值越大，则该元素越难失电子，它的金属性就越弱。

　　那么元素的电负性的变化规律又如何呢？我们说在同一周期当中，元素的电负性随着核电荷数的增加逐渐增大，在同主族中，随着核电荷数的增加，从上到下它的电负性逐渐减小。那么元素的电负性又有何应用呢？主要衡量元素的金属性和非金属性，也就是说元素的电负性数值越大，该元素的非金属性就越强。如果该元素的电负性数值越小，该元素的非金属性就越弱，金属性就越强。同时我们还可以用来判断化学键的类型。也就是说当化合物中两元素电负性的差值大于1.7的时候，我们就可以判断它的成键类型为离子键。当元素的电负性差值小于1.7时，我们就说该成键类型为共价键。