《2025年学霸高考黑题化学人教版》

经典真题1 (考查晶胞投影型) (2025·山东，16，12分) Fe单质及其化合物应用广泛。回答下列问题：
(1)在元素周期表中，Fe位于第四周期Ⅷ族。基态Fe原子与基态Fe³⁺未成对电子数之比为4∶5。
(2)尿素分子(H₂NCONH₂)与Fe³⁺形成配离子的硝酸盐[Fe(H₂NCONH₂)₆](NO₃)₃俗称尿素铁，既可作铁肥，又可作缓释氮肥。
①元素C、N、O中，第一电离能最大的是N，电负性最大的是O。
②尿素分子中，C原子采取的轨道杂化方式为sp²。
③八面体配离子[Fe(H₂NCONH₂)₆]³⁺中Fe³⁺的配位数为6，碳氮键的键长均相等，则与Fe³⁺配位的原子是O(填元素符号)。
(3)α-Fe可用作合成氨催化剂，其体心立方晶胞如图所示(晶胞边长为$a$ pm)。

①α-Fe晶胞中Fe原子的半径为$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm。
②研究发现，α-Fe晶胞中阴影所示$m$、$n$两个截面的催化活性不同，截面单位面积含有Fe原子个数越多，催化活性越低。$m$、$n$截面中，催化活性较低的是n，该截面单位面积含有的Fe原子为$\frac{\sqrt{2}}{a^2}$个·pm⁻²。

答案：
经典真题1
(1)四　Ⅷ　4∶5
(2)①N　O　②sp²　③O
(3)①$\frac{\sqrt{3}a}{4}$　②n　$\frac{\sqrt{2}}{a^2}$
解析：
(1)Fe为26号元素，位于元素周期表中第四周期Ⅷ族；基态Fe原子电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，未成对电子数为4，基态Fe³⁺电子排布式为[Ar]3d⁵，未成对电子数为5。
(2)①同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但N原子2p轨道为半充满稳定结构，第一电离能：N＞O＞C；同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，因此电负性：O＞N＞C。②尿素分子(H₂NCONH₂)中C原子形成3个σ键，无孤电子对，采取的轨道杂化方式为sp²杂化。③八面体配离子[Fe(H₂NCONH₂)₆]³⁺中Fe³⁺的配位数为6，碳氮键的键长均相等，因此N原子不会参与形成配位键，说明C=O中O原子参与配位，所以与Fe³⁺配位的原子是O。
(3)①α - Fe为体心立方晶胞，晶胞边长为a pm，体对角线长度为$\sqrt{3}a$ pm，体心立方晶胞中Fe原子半径r与体对角线关系为4r = $\sqrt{3}a$，因此Fe原子的半径为$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm。②m截面积Sₘ = a² pm²，每个角原子被4个相邻晶胞共享(二维共享)，如图所示: ，每个晶胞的顶点原子贡献$\frac{1}{4}$个原子给该晶面，所含原子数为4×$\frac{1}{4}$ = 1，单位面积原子数为$\frac{1}{a^2}$个·pm⁻²，n截面积为a×$\sqrt{2}a$ = $\sqrt{2}a^2$ pm²，每个角原子被4个相邻晶胞共享，体心原子完全属于本截面，所含原子数为(4×$\frac{1}{4}$ + 1)=2，单位面积原子数为$\frac{2}{\sqrt{2}a^2}$ = $\frac{\sqrt{2}}{a^2}$个·pm⁻²，因此催化活性较低的是n截面，该截面单位面积含有的Fe原子为$\frac{\sqrt{2}}{a^2}$个·pm⁻²。

经典真题2 (只含晶胞参数计算型) (2024·全国甲，35，15分) ⅣA族元素具有丰富的化学性质，其化合物有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)该族元素基态原子核外未成对电子数为2，在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为+4。
(2)CaC₂俗称电石，该化合物中不存在的化学键类型为bd(填字母)。
a. 离子键
b. 极性共价键
c. 非极性共价键
d. 配位键
(3)一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷$\begin{bmatrix} \overset {CH_{3}}{Si}\\ H\end{bmatrix} _{n}$，其中电负性最大的元素是C，硅原子的杂化轨道类型为sp³。
(4)早在青铜器时代，人类就认识了锡。锡的卤化物熔点数据如表所示，结合变化规律说明原因：SnF₄属于离子晶体，SnCl₄、SnBr₄、SnI₄属于分子晶体，离子晶体的熔点比分子晶体的高，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔点越高。

(5)结晶型PbS可作为放射性探测器元件材料，其立方晶胞如图所示。其中Pb的配位数为6。设$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值，则该晶体密度为$\frac{4×(207 + 32)}{N_A×(594×10^{-10})^3}$或$\frac{956}{N_A×(594×10^{-10})^3}$g·cm⁻³(列出计算式)。

答案： 经典真题2
(1)2　+4
(2)bd
(3)C　sp³
(4)SnF₄属于离子晶体，SnCl₄、SnBr₄、SnI₄属于分子晶体，离子晶体的熔点比分子晶体的高，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔点越高
(5)6　$\frac{4×(207 + 32)}{N_A×(594×10^{-10})^3}$或$\frac{956}{N_A×(594×10^{-10})^3}$
解析：
(1)ⅣA族元素基态原子的价层电子排布式为ns²np²，其核外未成对电子数为2，因最外层电子数均为4，所以在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为+4。
(2)CaC₂俗称电石，由Ca²⁺和C₂²⁻构成，两种离子间存在离子键，C₂²⁻中两个C原子之间存在非极性共价键。
(3)聚甲基硅烷[$\underset{\overset{\vert}{CH_3}}{Si}$]ₙ含C、Si、H三种元素，其电负性大小：C＞H＞Si，硅原子与周围的4个原子形成共价键，没有孤电子对，价层电子对数为4，则硅原子的杂化轨道类型为sp³。
(4)根据表中数据可知，SnF₄的熔点均远高于其余三种物质，因为SnF₄属于离子晶体，SnCl₄、SnBr₄、SnI₄属于分子晶体，离子晶体的熔点比分子晶体的高，SnCl₄、SnBr₄、SnI₄三种物质的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，熔点升高。
(5)由PbS晶胞结构图可知，该晶胞中有4个Pb和4个S，距离每个原子周围最近的原子数均为6，因此Pb的配位数为6。设N_A为阿伏加德罗常数的值，则N_A个晶胞的质量为4×(207 + 32)g，N_A个晶胞的体积为N_A×(594×10⁻¹⁰)³ cm³，因此该晶体密度为$\frac{4×(207 + 32)}{N_A×(594×10^{-10})^3}$g·cm⁻³或$\frac{956}{N_A×(594×10^{-10})^3}$g·cm⁻³。