材料化學(xué)李奇陳光巨編寫第二章課后答案

1、第二章1、天然或絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如，在某種氧化鎳晶體中就存在這樣的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍然呈電中性，但化合物中Ni和O的原子個(gè)數(shù)比發(fā)生了變化。試計(jì)算樣品組成為Ni0.97O時(shí)該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。解：設(shè)晶體中Ni3+的離子數(shù)為a，Ni2+的離子數(shù)為b。根據(jù)題意： 答：該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比為6：91。 2、已知氧化鐵Fex0(富士體)為氯化鈉型結(jié)構(gòu)，在實(shí)際晶體中，由于存在缺陷，x1。今有一批氧化鐵，測得其密度為5.7g/cm3，用MoK射線（=71.07pm）測得其面心立方晶胞衍射指標(biāo)

2、為200的衍射角=9.56°（sin=0.1661,Fe的相對原子質(zhì)量為55.85）。 （a）計(jì)算Fex0的面心立方晶胞參數(shù)。 （b）求x值。 （c）計(jì)算Fe2 +和Fe3+各占總鐵質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （d）寫出表明鐵的價(jià)態(tài)的化學(xué)式。 解：（a） （c）設(shè)0.92mol鐵中Fe2 +的摩爾數(shù)為y，則Fe3+的摩爾數(shù)為（0.92-y），根據(jù)正負(fù)離子電荷平衡原則可得： 即Fe2+和Fe3+的摩爾數(shù)分別為0.76和0.16，他們在總鐵中的摩爾百分?jǐn)?shù)分別為：（d）富士體氧化鐵的化學(xué)式為 。3、NiO晶體為NaCl型結(jié)構(gòu)，將它在氧氣中加熱，部分Ni2+將氧化為Ni3+，成為NixO(x1)。今有

3、一批NixO，測得其密度為6.47，用波長=154pm的X射線通過粉末法測得立方晶胞111衍射指標(biāo)的=18.71°（sin=0.3208）。（Ni的相對原子質(zhì)量為58.70） 1molg（a）計(jì)算NixO的立方晶胞參數(shù)； （b）算出x值，寫出標(biāo)明Ni的價(jià)態(tài)的化學(xué)式。 （c）在NixO晶體中，O2-堆積方式怎樣？Ni在此堆積中占據(jù)哪種空隙？占有率（即占有分?jǐn)?shù)）是多少？ （d）在NixO晶體中，Ni-Ni間最短距離是多少？ 解：（a）NixO的立方晶胞參數(shù)為： （b）因?yàn)镹ixO晶體為NaCl型結(jié)構(gòu)，可得摩爾質(zhì)量M： 而NixO的摩爾質(zhì)量又可以表示為： 由此解得：x=0.92。 設(shè)0.9

4、2mol鎳中有y mol Ni2+，則有（0.92-y）mol Ni3+。根據(jù)正負(fù)離子電荷平衡原則，有： 2y+3(0.92-y)=2y=0.760.92-0.76=0.16所以該氧化鎳晶體的化學(xué)式為： (c) 晶體既為NaCl型結(jié)構(gòu)，則O2-2-的堆積方式與NaCl中的Cl-的堆積方式相同，即為立方最密堆積。鎳離子占據(jù)由O2-圍成的八面體空隙。而鎳離子的占有率有92%。 （d）鎳離子分布在立方晶胞的體心和棱心上，Ni-Ni間最短距離即體心上和任一棱心上2個(gè)鎳離子間的距離，它等于： Ni-Ni間最短距離也等于處在交于同一頂點(diǎn)的2條棱中心上的2個(gè)鎳離子間的距離，即：4、試述玻璃的結(jié)構(gòu)特征及其通性

5、。 參考：玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無長程周期性。一般公認(rèn)的玻璃態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)是由1932年Zachariasen提出的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說，并在1936年被Wanen以X射線衍射工作所支持。該理論認(rèn)為玻璃的結(jié)構(gòu)中包含許多小的結(jié)構(gòu)單位（如由中心的硅和四角的4個(gè)氧通過共價(jià)鍵結(jié)合而成的SiO44-四面體），這些小結(jié)構(gòu)單位彼此之間可以鍵合成鏈狀，或由其它金屬離子沿頂角鍵合，連結(jié)成很不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)。此結(jié)構(gòu)缺少對稱性或長程有序性，為保持電中性，每個(gè)角頂氧原子僅在兩個(gè)四面體之間公用，因而該結(jié)構(gòu)是頗為開敞的。玻璃的特性主要表現(xiàn)在： 沒有固定的熔點(diǎn) 各向同性 內(nèi)能高 沒有晶界 無固定形態(tài) 性能可設(shè)計(jì)性 6、試述晶子學(xué)說與無

6、規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的主要觀點(diǎn)，并比較兩種學(xué)說在解釋玻璃結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)和分歧。 參考：晶子學(xué)說：認(rèn)為玻璃由無數(shù)“晶子”組成，帶有點(diǎn)陣變形的有序排列區(qū)域，分散在無定形介質(zhì)中，晶子區(qū)到無定形區(qū)無明顯界限。在這些模型中，人們假定其中存在著極小的有序區(qū)或微晶體，他們被無序區(qū)連接到一起。 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：該理論認(rèn)為玻璃的結(jié)構(gòu)中包含許多小的結(jié)構(gòu)單位（如由中心的硅和四角的4個(gè)氧通過共價(jià)鍵結(jié)合而成的SiO44-四面體），這些小結(jié)構(gòu)單位彼此之間可以鍵合成鏈狀，或由其它金屬離子沿頂角鍵合，連結(jié)成很不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)。此結(jié)構(gòu)缺少對稱性或長程有序性，為保持電中性，每個(gè)角頂氧原子僅在兩個(gè)四面體之間公用，因而該結(jié)構(gòu)是頗為開敞的。詳

7、見課本。 7、鉀玻璃中K2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.4%，CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.6%。計(jì)算三種氧化物的物質(zhì)的量之比。若需制造5.1t鉀玻璃，需用碳酸鉀、石灰石和二氧化硅各多少t？ 解：設(shè)鉀玻璃的質(zhì)量為100g，則 K2CO3質(zhì)量為18.4g，為18.4/138mol； CaCO3質(zhì)量為11g，為11/100mol； SiO2質(zhì)量為70.6g，為70.6/60mol。 物質(zhì)的量之比為 1：0.825：8.825 所以三種氧化物之比為1：0.825：8.825。 若制造5.1t鉀玻璃則需用 K2CO3 5.1×0.184=0.94t CaCO3 5.1×0.11=0.561t SiO2 5.1×0.706=3.6t 8、什么是陶瓷，陶瓷有哪些特性？ 參考：陶瓷是指通過燒結(jié)包含有玻璃相和結(jié)晶相的特征的無機(jī)材料，一般由陶土或瓷土等硅酸鹽，經(jīng)過成型燒結(jié)，部分熔融成玻璃態(tài)，通過玻璃態(tài)物質(zhì)將微小的石英和其它氧化物晶體包裹結(jié)合而成。陶瓷包括了陶器和瓷器，陶器是多孔透氣的、強(qiáng)度較低的產(chǎn)品，此其時(shí)加了釉層、質(zhì)地致密而不透氣的、強(qiáng)度較高的產(chǎn)品。 陶瓷具有以下性能特征： （1）力學(xué)性能：耐磨性、高強(qiáng)度難變形性、超高硬度等； （2）熱血性能：耐熱性、隔熱性