《无机材料科学基础(陆佩文)课后习题.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机材料科学基础(陆佩文)课后习题.pdf（36页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 一 章 晶 体 结 构 1.(1)一 晶 面 在 X、y、z 轴 上 的 截 距 分 别 为 2a、3b、6c,求 出 该 晶 面 的 米 勒 指 数(2)一 晶 面 在 x、y、z 轴 上 的 截 距 分 别 为 a/3、b/2、c,求 出 该 晶 面 的 米 勒 指 数。解(1)h:k:l=l/2:l/3:l/6=3:2:l,.该 晶 面 的 米 勒 指 数 为(321)；(2)(321)2.已 知 Mg2+半 径 为 0.072nm,02-半 径 为 0.140nm,计 算 MgO晶 体 结 构 的 堆 积 系 数 与 密 度。解：MgO 为 NaCl 型，02-做 密 堆 积,Mg
2、2+填 充 空 隙。r02-=0.140nm,rMg=0.072nm,z=4,晶 胞 中 质 点 体 积：(4/3X n r 02-3+4/3X n rMg2+3)X4,a=2(r+r-),晶 胞 体 积=a:堆 积 系 数=晶 胞 中 MgO体 积/晶 胞 体 积=68.5%,密 度=晶 胞 中 MgO质 量/晶 胞 体 积=3.49g/cm3o3.计 算 体 心 立 方、面 心 立 方、密 排 六 方 晶 胞 中 的 原 子 数、配 位 数、堆 积 系 数。解：体 心：原 子 数 2,配 位 数 8,堆 积 密 度 55.5%；面 心：原 子 数 4,配 位 数 6,堆 积 密 度 74.
3、04%；六 方：原 子 数 6,配 位 数 6,堆 积 密 度 74.04%o4.从 理 论 计 算 公 式 计 算 NaCl与 MgO的 晶 格 能。MgO的 熔 点 为 2800,NaCl为 801,请 说 明 这 种 差 别 的 原 因。解：u=zlz2e2N0A/r0X(l-l/n)/4 n E 0,e=l.602 X 10-19,e 0=8.854X10-12,N0=6.022X 1023,NaCl：zl=l,z2=l,A=1.748,nNa+=7,nCl-=9,n=8,r0=2.81910-10m,u NaCl=752KJ/mol；MgO：zl=2,z2=2,A=l.748,n02
4、-=7,nMg2+=,n=7,r0=2.1010m,uMgO=392KJ/mol；：uMgO uNaCl,.MgO 的 熔 点 高。5.证 明 等 径 圆 球 面 心 立 方 最 密 堆 积 的 空 隙 率 为 25.9%；解：设 球 半 径 为 a,则 球 的 体 积 为 4/3 na3,求 的 z=4,则 球 的 总 体 积(晶 胞)4X4/3 na3,立 方 体 晶 胞 体 积：(20a)3=160a3,空 间 利 用 率=球 所 占 体 积/空 间 体 积=74.1临 空 隙 率=1-74.现=25.9%o6.金 属 镁 原 子 作 六 方 密 堆 积，测 得 它 的 密 度 为 1.
5、74克/厘 米 3,求 它 的 晶 胞 体 积。解：P=m/V 晶=1.74g/cm3,V=L 37X10-22。7.根 据 半 径 比 关 系，说 明 下 列 离 子 与 02配 位 时 的 配 位 数 各 是 多？rO2=0.132nm rSi4+=0.039n/n rK+=O.133n/7i rAl3+=0.057n/n rMg2+=0.078nm解：Si4+4；K+12；A13+6：Mg2+6o8.有 效 离 子 半 径 可 通 过 晶 体 结 构 测 定 算 出。在 下 面 NaCl型 结 构 晶 体 中，测 得 MgS和 MnS的 晶 胞 参 数 均 为 a=0.52nm(在 这
6、两 种 结 构 中，阴 离 子 是 相 互 接 触 的)。若 CaS(a=0.567nm)CaO(a=0.48nm)和 Mg0(a=0.42nm)为 一 般 阳 离 子 阴 离 子 接 触，试 求 这 些 晶 体 中 各 离 子 的 半 径。解：MgS 中 a=5.20?,阴 离 子 相 互 接 触，a=21 r-,ArS2-=l.84?；CaS 中 a=5.67?,阴-阳 离 子 相 互 接 触,a=2(r+r-),ArCa2=0.95?；CaO 中 a=4.80?,a=2(r+r-),r02=l.40?；MgO 中 a=4.20?,a=2(r+r-),rMg=0.70?。9.氟 化 锂(L
7、iF)为 NaCl型 结 构，测 得 其 密 度 为 2.6g/cm3,根 据 此 数 据 计 算 晶 胞 参 数，并 将 此 值 与 你 从 离 子 半 径 计 算 得 到 数 值 进 行 比 较。解：LiF 为 NaCl 型 结 构,z=4,V=a3,p=m/V=2.6g/cm3,a=4.05,根 据 离 子 半 径 al=2(r+r-)=4.14,a0.301?,二.。?不 能 互 相 接 触；(2)(3)体 对 角 线=a=4(r+r-),a=4.665；P=m/V=l.963g/cmJ.IL Mg。和 CaO同 属 NaCl型 结 构，而 它 们 与 水 作 用 时 则 CaO要 比
8、 MgO活 泼,试 解 释 之。解：。与 reW不 同，3+r*,使 CaO结 构 较 MgO疏 松,乩 0 易 于 进 入，所 以 活 泼 12.根 据 CaF?晶 胞 图 画 出 CaF?晶 胞 的 投 影 图。0(100),50 0(100).0(100),50 0(100).13.算 一 算 Cdk晶 体 中 的 I-及 CaTiO：,晶 体 中 0?的 电 价 是 否 饱 和。解：CdL 晶 体，Cd：CN=6.1 与 三 个 在 同 一 边 的 CcfW 目 连；CN=3,V=1=z,F电 价 饱 和,CaTiO,晶 体，Ctf*：CN=12.Ti*：CN=6,02 OTicCa
9、s CN=6.v!=2=|z.：|,o电 价 饱 和.14.(1)画 出 o”乍 而 心 立 方 堆 积 时，各 四 面 体 空 隙 和 八 面 体 空 隙 的 所 在 位 置(以 一个 晶 胞 为 结 构 基 元 表 示 出 来)。(2)计 算 四 面 体 空 隙 数、八 而 休 空 隙 数 与 0?一 数 之 比。(3)根 据 电 价 规 则，在 下 面 情 况 下，空 隙 内 各 需 填 入 何 种 价 数 的 阳 离 子，并 对 每 一 种 结 构 举 出 一 个 例 子。(a)所 有 四 面 体 空 隙 位 置 均 填 满；(b)所 有 八 而 体 空 隙 位 置 均 填 满；(c)
10、填 满 一 半 四 面 体 空 隙 位 置；(d)填 满 一 半 八 面 休 空 隙 位 置。解：(2)四 面 体 空 隙 数/02-数=2:1,八 面 体 空 隙 数/02-数=1:1；(3)(a)CN=4,z+/4X8=2,z+=l,Na20,Li20；(b)CN=6,z+/6X6=2,z+=2,FeO,MnO；(c)CN=4,z+/4X4=2,z+=4,ZnS,SiC；(d)CN=6,z+/6X3=2,z+=4,MnO215.下 列 硅 酸 盐 矿 物 各 属 何 种 结 构 类 型：Mg2 Si0j,K AISi3O8L CaMg Si206L MgaESiAo(0H)2,Ca2Al
11、LAlSiO7 解：岛 状；架 状；单 链；层 状(复 网)；组 群(双 四 面 体)。16.根 据 Mg?S i 0 在(110)面 的 投 影 图 回 答：(1)结 构 中 有 几 种 配 位 多 面 体，各 配 位 多 面 体 间 的 连 接 方 式 怎 样？(2)一 的 电 价 是 否 饱 和？(3)晶 胞 的 分 子 数 是 多 少？(4)Si和 Mg所 占 的 四 面 体 空 隙 和 八 面 体 空 隙 的 分 数 是 多 少？解(1)有 两 种 配 位 多 面 体，SiO/,MgO,同 层 的 MgOe 八 面 体 共 棱,如 59LMgO6 和 49 MgOe 共 棱 750?
12、一 和 270,不 同 层 的 MgOe 八 面 体 共 顶，如 llMgOe 和 51 MgO,J共 顶 是 220。同 层 的 MgOc 与 SiO 共 顶，如 T MgOj和 7 Si0 共 顶 22(f,不 同 层 的 MgOe 与 SiO 共 棱，TlMgOe 和 43 Si0j 共 2802 和 280、(2)0与 3 个 MgOj和 1 个 SiOj配 位，y=2=|z|,饱 和；(3)z=4?(2);C3V(3)z=4；(4)Si*占 四 面 体 空 隙=1/8,Mg占 八 面 体 空 隙=1/2。17.石 棉 矿 如 透 闪 石 Ca2Mgs SiQu(OH%具 有 纤 维
13、状 结 晶 习 性，而 滑 石 MgzlSiQK(0H)?却 具 有 片 状 结 晶 习 性，试 解 释 之。解：透 闪 石 双 链 结 构，链 内 的 Si-0键 要 比 链 5 的 Ca-0、Mg-0键 强 很 多，所 以 很 容 易 沿 链 间 结 合 力 较 弱 处 劈 裂 成 为 纤 维 状；滑 石 复 网 层 结 构，复 网 层 由 两 个 Si04 层 和 中 间 的 水 镁 石 层 结 构 构 成，复 网 层 与 复 网 层 之 间 靠 教 弱 的 分 之 间 作 用 力 联 系，因 分 子 间 力 弱，所 以 易 沿 分 子 间 力 联 系 处 解 理 成 片 状。18.石
14、墨、滑 石 和 高 岭 石 具 有 层 状 结 构，说 明 它 们 结 构 的 区 别 及 由 此 引 起 的 性 质 上 的 差 异。解：石 墨 中 同 层 C 原 子 进 行 SP2杂 化，形 成 大 n 键，每 一 层 都 是 六 边 形 网 状 结 构。由 于 间 隙 较 大，电 子 可 在 同 层 中 运 动，可 以 导 电，层 间 分 子 间 力 作 用，所 以石 墨 比 较 软。19.(1)在 硅 酸 盐 晶 体 中，A1为 什 么 能 部 分 置 换 硅 氧 骨 架 中 的 Si4；(2)A1置 换 Si后，对 硅 酸 盐 组 成 有 何 影 响？(3)用 电 价 规 则 说
15、明 A产 置 换 骨 架 中 的 Si时，通 常 不 超 过 一 半，否 则 将 使 结 构 不 稳 定。解(1)A产 可 与。2-形 成 Al。A产 与 Si”处 于 第 二 周 期，性 质 类 似，易 于 进 入 硅 酸 盐 晶 体 结 构 中 与 Si发 生 同 晶 取 代，由 于 鲍 林 规 则，只 能 部 分 取 代；(2)A/*置 换 Si*是 部 分 取 代，A1”取 代 Si时,结 构 单 元 AlSiO 是 SiOj,失 去 了 电 中 性，有 过 剩 的 负 电 荷，为 了 保 持 电 中 性，将 有 一 些 半 径 较 大 而 电 荷 较 低 的 阳 离 子 如 K、Ca
16、2 Ba?一 进 入 结 构 中；(3)设 A1置 换 了 一 半 的 Si”则(T与 一 个 Si一 个 A1/相 连，阳 离 子 静 电 键 强 度=3/4Xl+4/4Xl=7/4,-电 荷 数 为-2,二 者 相 差 为 1/4,若 取 代 超 过 一 半，二 者 相 差 必 然 1/4,造 成 结 构 不 稳 定。第 二 章.晶 体 结 构 缺 陷 1.说 明 下 列 符 号 的 含 义：VNa,VNa Vc：,.(VNaVc)，CaK,.CaCa,Cai-解：钠 原 子 空 位；钠 离 子 空 位，带 一 个 单 位 负 电 荷；氯 离 子 空 位，带 一 个 单 正 电 荷；最 邻
17、 近 的 Na*空 位、C 空 位 形 成 的 缔 合 中 心；Ca占 据 K.位 置，带 一 个 单 位 正 电 荷；Ca原 子 位 于 Ca原 子 位 置 上；Ca”处 于 晶 格 间 隙 位 置。2.写 出 下 列 缺 陷 反 应 式：(DNaCl溶 入 CaCb中 形 成 空 位 型 固 溶 体；(2)CaCk溶 人 NaCl中 形 成 空 位 型 固 溶 体；(3)NaCl形 成 肖 脱 基 缺 陷；(4)AgI形 出 北 合 吉 尔 缺 陷(Ag+进 入 间 隙)。解：NaCl NaCa,+Cla+Va(2)CaCl2-CaNa+2%+(3)Vm+V。(4)AgAgHVAg+Ag；
18、3.MgO的 密 度 是 3.58克/厘 米 3,其 晶 格 参 数 是 0.42nm,计 算 单 位 晶 胞 MgO的 肖 脱 基 缺 陷 数。解：设 有 缺 陷 的 MgO晶 胞 的 晶 胞 分 子 数 为 x,晶 胞 体 积 V=(4.20/，x=P VN0/M=3.96,单 位 晶 胞 的 肖 脱 基 缺 陷 数=4-x=0.044.(a)MgO晶 体 中，肖 脱 基 缺 陷 的 生 成 能 为 6eV,计 算 在 25 和 1600C时 热 缺 陷 的 浓 度。(b)如 果 MgO晶 体 中，含 有 百 万 分 之 一 摩 尔 的 ALO：,杂 质，则 在 1600 时，MgO晶 体
19、 中 是 热 缺 陷 占 优 势 还 是 杂 质 缺 陷 占 优 势，说 明 原 因。解(a)根 据 热 缺 陷 浓 度 公 式 iVN=exp(-E/2RT),E=6eV=6x 1.602xl0l9=9.612xl0-19J,T=298k：n/N=1.92x1 O_51,T=1873k：n/N=8.0 xl0-9；(b)在 MgO 中 加 入 百 万 分 之 一 的 AL2O3,AL2O3 蝇 2ALMg+VMJ+300,.1AL2O3=I O 杂 质 缺 陷=3 x l(y6/2=1.5xl(y6,.比 较 可 知，杂 质 缺 陷 占 优。5.MgO晶 体 的 肖 特 基 缺 陷 生 成
20、能 为 8 4 k J/m o l,计 算 该 晶 体 在 1000K和 1500K的 缺 陷 浓 度。解：n/N=exp(-E/2RT),R=8.314,T=1000k：n/N=6.4xlO_3；T=1500k：n/N=3.5xl0-26.非 化 学 计 量 化 合 物 FexO中,Fe3+/Fe2+=0.1,求 FexO 中 的 空 位 浓 度 及 x 值。解：Fe2O3 2FeF e+3 0 0+Wy 2y yFe3+2yFe2+1.3yO,亘-=0.1-2y=0.1-0.3y-y=0.1/2,3=0.0435I 7X=l-y=i-b0.0 4 3 5）5,Fe（）.9565。VFe=x
21、+l=1+0.9565=2.22X 10 27.对 于 刃 位 错 和 螺 位 错，区 则 其 位 错 线 方 向、柏 氏 矢 量 和 位 错 运 动 方 向 的 特 点。解：刃 位 错：位 错 线 垂 直 于 士 位 错 线 垂 直 于 位 错 运 动 方 向；螺 位 错：位 错 线 平 行 于 V位 错 线 平 行 于 位 错 运 动 方 向。8.有 两 个 相 同 符 号 的 刃 位 错，在 同 一 滑 移 面 上 相 遇，它 们 将 是 排 斥 还 是 吸 引？解：排 斥，张 应 力 重 叠，压 应 力 重 叠 9.晶 界 对 位 错 的 运 动 将 发 生 怎 么 样 的 影 响？能
22、 预 计 吗？解：晶 界 对 位 错 运 动 起 阻 碍 作 用 10.晶 界 有 小 角 度 晶 界 与 大 角 度 晶 界 之 分，大 角 度 晶 界 能 用 位 错 的 阵 列 来 描 述 吗？解：不 能，在 大 角 度 晶 界 中，原 子 排 列 接 近 于 无 序 的 状 态，而 位 错 之 间 的 距 离 可 能 只 有 一、两 个 原 子 的 大 小，不 适 用 于 大 角 度 晶 界 11.试 述 影 响 置 换 型 固 溶 体 的 固 溶 度 的 条 件。解(1)原 子 或 离 子 尺 寸 的 影 响，M15%时，可 以 形 成 连 续 固 溶 体；r=15%30%时，只 能
23、 形 成 有 限 型 固 溶 体；r30%很 难 或 不 能 形 成 固 溶 体；愈 大，固 溶 度 愈 小(2)晶 体 结 构 类 型 的 影 响，只 有 两 种 结 构 相 同 和 r15%时 才 是 形 成 连 续 固 溶 体 的 充 分 必 要 条 件(3)离 子 类 型 和 键 性，相 互 置 换 的 离 子 类 型 相 同，化 学 键 性 质 相 近，容 易 形 成 固 溶 体 体(4)电 价 因 素，不 等 价 置 换 不 易 形 成 连 续 固 溶 体。12.从 化 学 组 成、相 组 成 考 虑，试 比 较 固 溶 体 与 化 合 物、机 械 混 合 物 的 差 别。固 溶
24、体 机 械 混 合 物 化 合 物 形 成 原 因 以 原 子 尺 寸“溶 解”生 成 粉 末 混 合 原 子 间 相 互 反 映 生 成 相 数 单 相 均 匀 多 相 单 相 均 匀 化 学 计 量 不 遵 守 定 比 定 律/遵 守 定 比 定 律 化 学 组 成 不 确 定 有 几 种 混 合 物 就 有 多 少 化 学 组 成 确 定 13.试 阐 明 固 溶 体、晶 格 缺 陷 和 非 化 学 计 量 化 合 物 三 者 之 间 的 异 同 点，列 出 简 明 表 格 比 较。解：固 溶 体、晶 格 缺 陷、非 化 学 计 量 化 合 物 都 是 点 缺 陷，是 晶 体 结 构 缺
25、 陷，都 是 单 相 均 匀 的 固 体，结 构 同 主 晶 相。热 缺 陷-本 征 缺 陷；固 溶 体-非 本 征 缺 陷；分 类 收 成 原 因 形 成 条 件 缺 陷 反 应 化 学 式 溶 解 度、缺 陷 浓 度 热 缺 陷 肖 特 基 弗 伦 克 尔 热 起 伏 TOk(X-VM,+VxM VM,MXMX只 受 温 度 控 制 固 溶 体*陆 於 隙 无 有 置 间 搀 杂 溶 解，负，构 大 小 电 性 电 价 结 无：受 温 度 控 制 有：搀 杂 量 固 溶 度 受 温 度 控 制 搀 杂 量 固 溶 度 受 固 溶 度 控 制非 化 学 计 量 化 合 物 缺 间 间 缺 阳
26、 阴 阳 阴 环 境 中 气 愤 性 质 和 压 力 变 化 Fe,.xOUO2+XZnl+xOTiO2_xh8PoIOi,8Po町/6Zni J 8 P0、1/6VO 8Po21/614.AU）3在 MgO中 形 成 有 限 固 溶 体，在 低 共 熔 温 度 1995c时 约 有 18重 量%ALQ,溶 入 MgO中，假 设 MgO单 位 晶 胞 尺 寸 变 化 可 忽 略 不 计。试 预 计 下 列 情 况 的 密 度 变 化。（a）O?为 填 隙 离 子。（b）Al*为 置 换 离 子。解：设 AL2O3、MgO 总 重 量 为 100g,则 AL2（W8g,Mg082g,18/102
27、溶 入 MgO 中 AL2O3 的 mol 数：AL2O3 mol%=8/102+82/40=0.08=8%,MgOmol%=l-8%=92%,固 溶 体 组 成：8%ALA，92%MgO,固 溶 体 组 成 式：Ahi6Mgo.92O1.i6（a）AL2O：Mg0 2ALM/+200+0J X 2x固 溶 体 化 学 式：Al2Mgi-2x01+x将 化 学 式 与 组 成 式 一 一 对 应，求 出 待 定 参 数 x,由 于 0,一 的 量 不 同，将（T的 量 化 为 1Alo.16/1.16Mgo.92/l.1 A12x/l+xMgi_2x/l+xO-X=0.074,化 学 式 Al
28、o.148Mg0.85201.074_ Z陷 _ 4*0.148MAi+4*0.852M+4*1.074MO2_d=一 二-v/*乂 d理 想 4*MMg+4*Mo2d.=1.04理 想 八、MgO.(b)AL2O3-2ALMg+300+OMJ x2xxA 1 2 x M g i.3 x O A l()6/L 16M go.92/L 6。x=A l()j j g M g o 793O-=0.974 理 想 15.对 磁 硫 铁 矿 进 行 化 学 分 析：按 分 析 数 据 的 Fe/S计 算，得 出 两 种 可 能 的 成 分：Fel-xS和 FeSl-x。前 者 意 味 着 是 Fe空 位
29、 的 缺 陷 结 构；后 者 是 Fe被 置 换。设 想 用 一 种 实 验 方 法 以 确 定 该 矿 物 究 竟 属 哪 一 类 成 分。解：Fe-S中 存 在 Fe空 位，非 化 学 计 量，存 在 h，P 型 半 导 体；FeS-中 金 属 离 子 过 剩，存 在 S?-空 位，存 在 e,N 型 半 导 体；因 Fe-S、FeS_*分 属 不 同 类 型 半 导 体，通 过 实 验 确 定 其 半 导 体 性 质 即 可 16.说 明 为 什 么 只 有 置 换 型 固 溶 体 的 两 个 组 份 之 间 才 能 相 互 完 全 溶 解，而 填 隙 型 固 溶 体 则 不 能。解：(
30、1)晶 体 中 间 隙 位 置 是 有 限 的，容 纳 杂 质 质 点 能 力 W10%；(2)间 隙 式 固 溶 体 的 生 成，一 般 都 使 晶 格 常 数 增 大，增 加 到 一 定 的 程 度，使 晶 格 变 得 不 稳 定 而 离 解；置 换 固 溶 体 形 成 是 同 号 离 子 交 换 位 置，不 会 对 接 产 生 影 响，所 以 可 形 成 连 续 固 溶 体 17.如 果(1)溶 剂 和 溶 质 原 子 的 原 子 半 径 相 差 超 过 15%；(2)两 元 素 的 电 负 性 相 差 超 过 0.4%,通 常 这 一 对 元 素 将 不 利 于 形 成 置 换 型 固
31、 溶 体，其 中 前 一 因 素 往 往 起 主 导 作 用。仅 根 据 提 供 的 资 料 提 出 哪 一 对 金 属 大 概 不 会 形 成 连 续 固 溶 体：TaW,PtPb.Co Ni,CoZn,TiTao金 属 原 子 半 径(nm)晶 体 结 构 金 属 原 子 半 径(nm)晶 体 结 构 Ti 0.1461 六 方（883)Ta 0.1430 体 心 立 方 Co 0.1251 六 方（15%电 负 性 差=2.2-2.2=0结 构 类 型：面 心 立 方 形 成 有 限 固 溶 体 CoNir 大-r 小/r 大=0.4%15%电 负 性 差：1.8-1.6=0.2当 T4
32、27,Co Zn结 构 类 型 相同 可 形 成 连 续 固 溶 体 Ti-Tar 大-r 小/r 大=2.12%883,Ti Ta结 构 类 型 相 同 可 形 成 连 续 固 溶 体 18.对 于 MgO、Al。，和 Cr。，其 正、负 离 子 半 径 比 分 别 为 0.47、0.36和 0.40,则 Ala3和 Cr2a形 成 连 续 固 溶 体。(a)这 个 结 果 可 能 吗？为 什 么？(b)试 预 计，在 MgOCeQ,系 统 中 的 固 溶 度 是 有 限 的 还 是 无 限 的？为 什 么？解：(a)胃 大-r小/r大=10%2NiNi,+300+V NIy 2y y Ni
33、3+2yNi2+i.3yO Ni3+/Ni2+=2y/(1-3y)=10-x则 y=5xl(p5,x=l-y=0.99995,fNio.99995。每 m：中 有 多 少 载 流 子 即 为 空 位 浓 度：Vb=y/(l+x)=2.5Xl()520.在 MgO-AkO：,和 PbTiOz-PbZrO；,中 哪 一 对 形 成 有 限 固 溶 体，哪 一 对 形 成 无 限 固 溶 体，为 什 么？解:MgO-AL2O3：r*-r r*=15%,即 n、3 半 径 相 差 大，MgO(NaCl 型)、AL。(刚 玉)结 构 类 型 差 别 大，形 成 有 限 固 溶 体；PbTi(VPbZrO
34、3形 成 无 限 固 溶 体,因 为 尽 管 Ti瞥 Zr半 径 相 差 较 大(15.28)，但 都 是(ABO3)钙 钛 矿 型 结 构,Ti Zr”都 填 充 八 面 体 空 隙，该 空 隙 体 积 较 大，可 填 入 的 阳 离 子 的 半 径 r值 可 在 一 定 范 围 内 变 化，而 不 至 于 使 结 构 变 化。21.将 CaO外 加 到 Zr()2中 去 能 生 成 不 等 价 置 换 固 溶 体，在 1600 时，该 固 体 具 有 立 方 萤 石 结 构，经 x 射 线 分 析 测 定，当 溶 入 0.15摩 尔 CaO时，晶 胞 参 数 a=5.131A,实 验 测
35、定 密 度 D=0.5477克/cm3,对 于 CaO-ZrO?固 溶 体 来 说，从 满 足 电 中 性 来 看，可 以 形 成 氧 离 子 空 位 的 固 溶 体 也 可 形 成 C J 嵌 入 阴 离 子 间 隙 中 的 固 溶 体，其 固 溶 方 程 为：CaO%*+0。+/2CaO 0-Ca+20。+%请 写 出 两 种 固 溶 体 的 化 学 式，并 通 过 计 算 密 度，判 断 生 成 的 是 哪 一 种 固 溶 体。解：(1)对 于 置 换 式 固 溶 体 有 x=0.15,l-x=0.85,2-x=1.85,所 以 置 换 式 固 溶 体 化 学 式 Cao/5zm.850
36、L85。有 因 为 ZrOz属 于 萤 石 结 构，晶 胞 分 子 数 Z=4,晶胞 中 有 Ca2+、Zr4 CP 三 种 质 点。晶 胞 质 量,0.15 0.85 L854 x-x 必 2+4 x-x M方 4+8 x-x M 铲 W=Z 缁=-i-1-52-=75.18(g)乙 1 6.022x1022d置 受=5.55g/cin:；(2)对 于 间 隙 固 溶 体，其 化 学 式 Ca2yZryO2，与 已 知 组 成 C a o q Z s s O is s相 比，O?一 不 同，Ca(),i s Z r o.8 5 0 1.85.C a o.l 5x2/1.85Zro.3/1.8
37、5。20.15x2 0.85x2,2y=-,l-y=-=y=0.15/1.851.85 1.85.间 隙 式 固 溶 体 化 学 式 C a o.3 x 2 Z l.8 5 Z r 1.7/1.85。2晶 胞 质 量，0.13/1.85“，1.7/1.85,门 2/2“4 x-x 肪?+4 x-x Af年 什+8 x-x M归 Z 幽=-,5-81.25(g)乙,6.022x1022-6.014g/cm；!,由 此 可 判 断 生 成 的 是 置 换 型 固 溶 体。第 三 章 熔 体 与 玻 璃 体 1.试 述 石 英 晶 体、石 英 熔 体、NazO 2Si()2熔 体 结 构 和 性 质
38、 上 的 区 别。.1、解：石 英 晶 体 石 英 熔 体 Na2O2SiO2结 构 S 1 0 J按 共 顶 方 式 对 称 有 规 律 有 序 排 列，远 程 有 序 基 本 结 构 单 元 S io4呈 架 状 结 构，远 程 无 序 基 本 结 构 单 元 S ie O M 呈 六 节 环 或 八 节 环，远 程 无 序 性 质 固 体 无 流 动 性，熔 点 高，硬 度 大，导 电 性 差,结 构 稳 定，化 学 稳 定 性 有 流 动 性，n 大，电 导 率 大，表 面 张 力 大 有 流 动 性，n 较 石 英 熔 体 小，电 导 率 大，表 面 张 力 大好 2.某 熔 体 粘
39、 度 在 727 时 是 1 0 8泊，1156 时 是 1 0 4泊，要 获 得 粘 度 为 1 0 7泊 的 熔 体，要 加 热 到 什 么 温 度？解：根 据 In n=A+B/T,727 时:n=108P0,1156C时，n=1 0 4 P 0,，A=-5.32,B=1 3 3 2 4,当 n=107P0 时，则 t=80。3.在 Na?。一 S i。2系 统 及 R O SiOz系 统 中 随 着 S i。2含 量 的 增 加，熔 体 的 粘 度 将 升 高 而 表 面 张 力 则 降 低，说 明 原 因。解：Na20-Si02系 统 中，SiOz含 量 增 加，n 增 大，。减 小
40、；因 为 SiOz含 量 增 加，聚 合 离 子 团 尺 寸 增 大，迁 移 阻 力 增 大，n 增 大，e/r 减 小，相 互 作 用 力 减 小，。减 小；R0-Si02系 统 中，Si02含 量 增 加 I,n 增 大，。减 小；因 为 无 S i（）2时 R0-02系 统 n 很 低，表 面 张 力 大；加 入 S i（）2,系 统 中 出 现 聚 合 离 子 团，S i02增 加，聚 合 离 子 团 尺 寸 增 大，数 目 增 大，n 增 大，。减 小。4.说 明 在 一 定 温 度 下 同 组 成 的 玻 璃 比 晶 体 具 有 较 高 的 内 能 及 晶 体 具 有 一 定 的
41、熔 点 而 玻 璃 体 没 有 固 定 熔 点 的 原 因。解：玻 璃 的 介 稳 性：熔 体 转 变 为 玻 璃 过 程 中，是 快 速 冷 却，使 玻 璃 在 低 温 下 保 留 了 高 温 时 的 结 构 状 态，玻 璃 态 是 能 量 的 介 稳 态，有 自 发 放 热 而 转 变 为 晶 体 的 趋 势；玻 璃 无 固 定 熔 点：熔 体 的 结 晶 过 程 中，系 统 必 有 多 个 相 出 现，有 固 定 熔 点；熔 体 向 玻 璃 体 转 变 时，其 过 程 是 渐 变 的，无 多 个 相 出 现，无 固 定 的 熔 点，只 有 一 个 转 化 温 度 范 围。5.某 窗 玻
42、璃 含 14NazO 14CaO 72Si（U 重 量 百 分 数），求 非 桥 氧 百 分 数。化 成 mol 百 分 数，8Na:O-14CaO-78SiO;R=8+14+78x2=2 28=全 部 氧 离 子 78,全 部 网 络 形 成 离 子 数 X平 均 非 桥 氧 数：x=2 R-z,平 均 桥 氧 数：尸 2 Z-2 R,非 桥 氧 百 分 含 量=x+y/26.网 络 外 体（如 NaQ）加 到 S i。?熔 体 中，使 氧 硅 比 增 加，当 0/S i 2.5 3 时，即 达 到 形 成 玻 璃 的 极 限，0/S D 3时，则 不 能 形 成 玻 璃，为 什 么？解：在
43、 熔 体 结 构 中，不 0/S i比 值 对 应 着 一 定 的 聚 集 负 离 子 团 结 构，如 当 0/S i比 值 为 2 时，熔 体 中 含 有 大 小 不 等 的 歪 扭 的 SiO zn聚 集 团（即 石 英 玻 璃 熔 体）；随 着 0/S i比 值 的 增 加，硅 氧 负 离 子 集 团 不 断 变 小，当 0/S i比 值 增 至 4 时，硅-氧 负 离 子 集 团 全 部 拆 散 成 为 分 立 状 的 S i 0:这 就 很 难 形 成 玻 璃。7.按 照 在 形 成 氧 化 物 玻 璃 中 的 作 用，把 下 列 氧 化 物 分 为 网 络 变 体，中 间 体 和
44、网 络 形 成 体：SiO2,Na2O,B2O3，CaO,AI2O3,P2O5，K2O,BaO。解：网 络 变 体 NazOCaO L O B a O 中 间 体 A I2 O 3网 络 形 成 体 SiCh B2O3 P2O59.试 述 微 晶 学 说 与 无 规 则 网 络 学 说 的 主 要 观 点，并 比 较 两 种 学 说 在 解 释 玻 璃 结 构 上 的 共 同 点 和 分 歧。解：微 晶 学 说：玻 璃 结 构 是 一 种 不 连 续 的 原 子 集 合 体，即 无 数“晶 子”分 散 在 无 定 形 介 质 中；“晶 子”的 化 学 性 质 和 数 量 取 决 于 玻 璃 的
45、 化 学 组 成，可 以 是 独 立 原 子 团 或 一 定 组 成 的 化 合 物 和 固 溶 体 等 微 晶 多 相 体，与 该 玻 璃 物 系 的 相 平 衡 有 关；“晶 子”不 同 于 一 般 微 晶，而 是 带 有 晶 格 极 度 变 形 的 微 小 有 序 区 域,在“晶 子”中 心 质 点 排 列 较 有 规 律，愈 远 离 中 心 则 变 形 程 度 愈 大；从“晶 子”部 分 到 无 定 形 部 分 的 过 渡 是 逐 步 完 成 的，两 者 之 间 无 明 显 界 限。无 规 则 网 络 学 说：玻 璃 的 结 构 与 相 应 的 晶 体 结 构 相 似，同 样 形 成
46、连 续 的 三 维 空 间 网 络 结 构。但 玻 璃 的 网 络 与 晶 体 的 网 络 不 同，玻 璃 的 网 络 是 不 规 则 的、非 周 期 性 的，因 此 玻 璃 的 内 能 比 晶 体 的 内 能 要 大。由 于 玻 璃 的 强 度 与 晶 体 的 强 度 属 于 同-个 数 量 级，玻 璃 的 内 能 与 相 应 晶 体 的 内 能 相 差 并 不 多，因 此 它 们 的 结 构 单 元（四 面 体 或 三 角 体）应 是 相 同 的，不 同 之 处 在 与 排 列 的 周 期 性。微 晶 学 说 强 调 了 玻 璃 结 构 的 不 均 匀 性、不 连 续 性 及 有 序 性
47、等 方 面 特 征，成 功 地 解 释 了 玻 璃 折 射 率 在 加 热 过 程 中 的 突 变 现 象。网 络 学 说 强 调 了 玻 璃 中 离 子 与 多 面 体 相 互 间 排 列 的 均 匀 性、连 续 性 及 无 序 性 等 方 面 结 构 特 征。10.什 么 是 硼 反 常 现 象？为 什 么 会 产 生 这 些 现 象？解：当 数 量 不 多 的 碱 金 属 氧 化 物 同 B203 一 起 熔 融 时，碱 金 属 所 提 供 的 氧 不 像 熔 融 Si02玻 璃 中 作 为 非 桥 氧 出 现 在 结 构 中，而 是 使 硼 氧 三 角 体 转 变 为 由 桥 氧 组
48、成 的 硼 氧 四 面 体，致 使 B2O3玻 璃 从 原 来 两 度 空 间 的 层 状 结 构 部 分 转 变 为 三 度 空 间 的 架 状 结 构，从 而 加 强 了 网 络 结 构，并 使 玻 璃 的 各 种 物 理 性 能 变 好。这 与 相 同 条 件 下 的 硅 酸 盐 玻 璃 相 比，其 性 能 随 碱 金 属 或 碱 土 金 属 加 入 量 的 变 化 规 律 相 反，所 以 称 之 为 硼 反 常 现 象。第 四 章 表 面 结 构 与 性 质 1.什 么 叫 表 面 张 力 和 表 面 能？在 固 态 下 和 液 态 下 这 两 者 有 何 差 别？解：表 面 张 力：
49、垂 直 作 用 在 单 位 长 度 线 段 上 的 表 面 紧 缩 力 或 将 物 体 表 面 增 大 一 个 单 位 所 需 作 的 功；。=力/总 长 度 N/m表 面 能：恒 温、恒 压、恒 组 成 情 况 下，可 逆 地 增 加 物 系 表 面 积 须 对 物 质 所 做 的 非 体 积 功 称 为 表 面 能；J/m2=N/m液 体：不 能 承 受 剪 应 力，外 力 所 做 的 功 表 现 为 表 面 积 的 扩 展，因 为 表 面 张 力 与 表 面 能 数 量 是 相 同 的；固 体：能 承 受 剪 切 应 力，外 力 的 作 用 表 现 为 表 面 积 的 增 加 和 部 分
50、 的 塑 性 形 变,表 面 张 力 与 表 面 能 不 等。2.一 般 说 来，同 一 种 物 质，其 固 体 的 表 面 能 要 比 液 体 的 表 面 能 大，试 说 明 原 因。解：同 一 种 物 质，其 液 体 固 体 的 表 面 结 构 不 同，液 体 分 子 可 自 由 移 动，总 是 通 过 形 成 球 形 表 面 来 降 低 其 表 面 能；固 体 则 不 能，固 体 质 点 不 能 自 由 移 动，只 能 通 过 表 面 质 点 的 极 化、变 形、重 排 来 降 低 系 统 的 表 面 能，固 体 表 面 处 于 高 能 量 状 态（由 于 表 面 力 的 存 在）3.什