無機非金屬科學基礎計算題

1、一、名詞解釋（20分）點群：又名對稱型，是指宏觀晶體中對稱要素的集合。網(wǎng)絡變性劑：單鍵強度250KJ/mol。這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡結構，從而使玻璃性質改變。類質同晶：物質結晶時，其晶體結構中本應由某種離子或原子占有的配位位置，一部分被介質中性質相似的它種離子或原子占有，共同結晶成均勻的呈單一相的混合晶體，但不引起鍵性或晶體結構型式發(fā)生質變的現(xiàn)象稱為類質同晶。對稱型，是指宏觀晶體中對稱要素的集合。弗倫克爾缺陷：正常晶格上的原子進入晶格間隙形成填隙原子，在原來的位置上形成空位。空間群：空間群：指在一個晶體結構中所存在的一切對稱要素的集合。它由兩部分組成，一是平移軸的集合（也就是平移

2、群），另外是除平移軸之外的所有其他對稱要素的集合（與對稱型相對應）。網(wǎng)絡形成劑：這類氧化物單鍵強度大于335KJ/mol，其正離子為網(wǎng)絡形成離子，可單獨形成玻璃。螺位錯：柏格斯矢量與位錯線平行的位錯。同質多晶：同一化學組成在不同熱力學條件下形成結構不同的晶體的現(xiàn)象。肖特基缺陷：如果正常格點上的原子，熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置，遷移到晶體的表面，在晶格內(nèi)正常格點上留下空位，即為肖特基缺陷。聚合：由分化過程產(chǎn)生的低聚合物，相互作用，形成級次較高的聚合物，同時釋放出部分Na2O，這個過程稱為縮聚，。玻璃分相：一個均勻的玻璃相在一定的溫度和組成范圍內(nèi)有可能分成兩個互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液

3、相)，并相互共存的現(xiàn)象稱為玻璃的分相(或稱液相不混溶現(xiàn)象)。不一致熔融化合物：是一種不穩(wěn)定的化合物。加熱這種化合物到某一溫度便發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種晶相，兩者組成與化合物組成皆不相同，故稱不一致熔融化合物。晶粒生長：無應變的材料在熱處理時，平均晶粒尺寸在不改變其分布的情況下，連續(xù)增大的過程。晶胞、反螢石結構：反螢石結構：這種結構與螢石完全相同，只是陰、陽離子的個數(shù)及位置剛好與螢石中的相反，即金屬離子占有螢石結構中F的位置，而02離子或其他負離子占Ca2+的位置，這種結構稱為反螢石結構。（2.5分） 晶胞：從晶體結構中取出來的以反映晶體周期性和對稱性的最小重復單元。網(wǎng)絡形成體、網(wǎng)絡改

4、變體； 網(wǎng)絡形成體：單鍵強度大于335KJ/mol的氧化物，可單獨形成玻璃。（2.5分）網(wǎng)絡變性體：單鍵強度250KJ/mol。這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡結構，從而使玻璃性質改變。（2.5分）觸變性、硼反?，F(xiàn)象； 觸變性：是泥漿從稀釋流動狀態(tài)到稠化的凝聚狀態(tài)之間存在的介于兩者之間的中間狀態(tài)。即泥漿靜止不動時似凝固體，一經(jīng)擾動或搖動，凝固的泥漿又重新獲得流動。如再靜止又重新凝固，可重復無數(shù)次。（2.5分）硼反?，F(xiàn)象：硼酸鹽玻璃與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性質隨R2O或RO加入量的變化規(guī)律相反，這種現(xiàn)象稱硼反?，F(xiàn)象。正尖晶石、反尖晶石； 正尖晶石；在AB2O4尖晶石結構中， A離子占

5、據(jù)四面體空隙，B離子占據(jù)八面體空隙的尖晶石。（2.5分）反尖晶石：如果半數(shù)的B離子占據(jù)四面體空隙，A離子和另外半數(shù)的B離子占據(jù)八面體空隙則稱反尖晶石。（2.5分）線缺陷、面缺陷； 線缺陷：指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷。面缺陷：指在兩維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷。晶子學說、無規(guī)則網(wǎng)絡學說； 晶子學說：認為玻璃結構是一種不連續(xù)的原子（晶子）的結合體，即無數(shù)“晶子”分散在無定形介質中，“晶子”的化學性質和數(shù)量取決于玻璃的化學組成，“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格極度變形的微小有序區(qū)域，在“晶子”中心質點排列較有規(guī)律，越遠離中心則變形程度越

6、大，從“晶子”部分到無定形部分的過渡是逐步完成的，兩者之間無明顯界面。（2.5分）無規(guī)則網(wǎng)絡假說：凡是成為玻璃態(tài)的物質和相應的晶體結構一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡所構成。這種網(wǎng)絡是由離子多面體（三角體或四面體）構筑起來的。晶體結構網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復構成，而玻璃中結構多面體的重復沒有規(guī)律性。類質同晶、同質多晶； 同質多晶：化學組成相同的物質，在不同的熱力學條件下結晶成結構不同的晶體的現(xiàn)象，稱為同質多晶現(xiàn)象。（2.5分）類質同晶：物質結晶時，其晶體結構中本應由某種離子或原子占有的配位位置，一部分被介質中性質相似的它種離子或原子占有，共同結晶成均勻的呈單一相的混合晶體，但不引起鍵性或晶體結

7、構型式發(fā)生質變的現(xiàn)象稱為類質同晶。（2.5分）點缺陷、熱缺陷；點缺陷：三維方向上缺陷尺寸都處于原子大小的數(shù)量級上。（2.5分）熱缺陷：晶體溫度高于絕對0K時，由于熱起伏使一部分能量較大的質點（原子或離子）離開平衡位置所產(chǎn)生的空位和/或間隙質點。（2.5分）縮聚、解聚； 聚合：由分化過程產(chǎn)生的低聚合物，相互作用，形成級次較高的聚合物，同時釋放出部分Na2O，這個過程稱為縮聚，也即聚合。（2.5分）解聚：在熔融SiO2中，O/Si比為2：1，SiO4連接成架狀。若加入Na2O則使O/Si比例升高，隨加入量增加，O/Si比可由原來的2：1逐步升高到4：1，SiO4連接方式可從架狀變?yōu)閷訝?、帶狀、鏈?/p>

8、、環(huán)狀直至最后斷裂而形成SiO4島狀，這種架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程，也即解聚。（2.5分）晶面指數(shù)；晶面指數(shù)：結晶學中經(jīng)常用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個坐標軸（晶軸）上截距的倒數(shù)的互質整數(shù)比。二、填空（17分）1、在玻璃形成過程中，為避免析晶所必須的冷卻速率的確定采用（ 繪制3T曲線）的方法。2、a=bc =900的晶體屬（四方）晶系。3、六方緊密堆積的原子密排面是晶體中的（0001）面，立方緊密堆積的原子密排面是晶體中的（111）面。4、Zn1+x O在還原氣氛中可形成（n）型半導體，缺陷濃度與氧分壓的1/6次方成（反比），如果減少周圍氧氣

9、的分壓，Zn1+x O的密度將（增大）。5、b 與位錯線（垂直）的位錯稱為刃位錯，；b 與位錯線(平行 )的位錯稱為螺位錯，。6、形成連續(xù)固溶體的條件是（rl-r2）/rl15）、（相同的晶體結構類型）和（離子價相同或離子價總和相等）。7、在AB2O4型尖晶石結構中，若以氧離子作立方緊密堆積排列，在正尖晶石結構中，A離子占有（四面體）空隙，B離子占有（八面體）空隙。8、晶體的熱缺陷有（肖特基缺陷）和（弗倫克爾缺陷）兩類，熱缺陷濃度與溫度的關系式為（n/N=exp（-Gf/2kT）。9、硅酸鹽晶體分類的依據(jù)是（硅氧四面體的連接方式）。按此分類法可將硅酸鹽礦物分為（島狀）結構、（組群）結構、（鏈狀

10、）結構、（層狀）結構和（架狀）結構。10、陶瓷元件表面被銀，為提高瓷件與銀層間的潤濕性，瓷面表面應（拋光）。11、同價陽離子飽和的黏土膠粒的電位隨陽離子半徑的增加而（降低）。12、Ca-黏土泥漿膠溶時，加入NaOH和Na2SiO3電解質，（Na2SiO3）效果好？13、a=bc = 900，=1200的晶體屬（六方）晶系。14、晶體的對稱要素中宏觀晶體中可能出現(xiàn)的對稱要素種類有（對稱中心）、（對稱面）、（對稱軸）、（倒轉軸）15、黏土帶電荷的主要原因是（黏土晶格內(nèi)離子的同晶置換）、（黏土邊面斷裂）和（黏土內(nèi)腐殖質離解），黏土所帶靜電荷為（負）17、晶體的對稱要素中微觀對稱要素種類有（平移軸）

11、、（像移面）、（螺旋軸）。18、由于（不等價置換） 的結果，必然會在晶體結構中產(chǎn)生“組分缺陷”， 組分缺陷的濃度主要取決于：（攙雜量（溶質數(shù)量） 和 （固溶度） 。19、UO2+x在氧化氣氛中可形成（陰離子間隙型）型非計量化合物，可形成（P）型半導體，缺陷濃度與氧分壓的1/6次方成（正比），如果減少周圍氧氣的分壓，UO2+x的密度將（增大）。20、為使瘠性料泥漿懸浮，一般常用的兩種方法是（控制料漿的pH值）和（有機表面活性物質的吸附）三、問答題（70分）1、試寫出少量MgO摻雜到A12O3中和少量YF3摻雜到CaF2中的缺陷反應方程與對應的固溶式。（7分）解：少量MgO摻雜到A12O3中缺陷反

12、應方程及固溶式為：， （3.5分）少量YF3摻雜到CaF2中缺陷反應方程及固溶式如下：， （3.5分）2、MoO3和CaCO3反應時，反應機理受到CaCO3顆粒大小的影響。當MoO3 ：CaCO31：1，MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時，反應是擴散控制的；而當CaCO3 ：MoO315：1，r20.03mm時，反應由升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。（7分）答：當MoO3的粒徑r1為0.036mm，CaCO3的粒徑r2為0.13mm時, CaCO3顆粒大于MoO3，由于產(chǎn)物層較厚，擴散阻力較大，反應由擴散控制，反應速率隨著CaCO3顆粒度減小而加速，（3.5分）

13、當r2 NH4Cl （2）泥漿的觸變性 NaCl NH4Cl（3）泥漿的可塑性 NaCl NH4Cl（5）黏土的電位 NaCl NH4Cl（6）泥漿的流動性 NaCl NH4Cl8、硅酸鹽晶體結構分類依據(jù)是什么？可分為哪幾類，每類的結構特點是什么？（9分）答：硅酸鹽晶體結構分類依據(jù)是：結構中硅氧四面體的連接方式。（1.5分）可分為島狀：硅氧四面體孤立存在；（1.5分）組群狀：硅氧四面體以兩個、三個、四個或六個，通過共用氧相連成硅氧四面體群體，群體之間由其它陽離子連接；（1.5分）鏈狀：硅氧四面體通過共用氧相連，在一維方向延伸成鏈狀，鏈與鏈之間由其它陽離子連接；（1.5分）層狀：硅氧四面體通過三

14、個共用氧在兩維平面內(nèi)延伸成硅氧四面體層；（1.5分）架狀：每個硅氧四面體的四個頂角都與相鄰的硅氧四面體共頂，形成三維空間結構。（1.5分）9.在硅酸鹽晶體結構中，SiO4四面體或孤立存在，或共頂存連接，而不共棱更不共面，解釋之。（6分）答：根據(jù)鮑林規(guī)則，高電價低配位的陽離子與陰離子形成的配位多面體以共棱，特別是共面方式存在時，結構的穩(wěn)定性降低。在硅酸鹽晶體結構中，SiO4四面體以共棱、共面方式相連時，中心陽離子間距較孤立存在或共頂存連接時小，中心陽離子間的斥力大，尤其是共面時斥力更大，結構不穩(wěn)定，因此在硅酸鹽晶體結構中，SiO4四面體或孤立存在，或共頂存連接，而不共棱更不共面。（6分）10、如

15、果NiO和Cr2O3球形顆粒之間反應生成NiCr2O4是通過產(chǎn)物層擴散進行的，請回答：（1）若1300，DCr3+DNi2+DO2-，控制NiCr2O4生成速率的擴散是哪一種離子的擴散？為什么？（2）試分析早期的這一反應轉化率G-t關系應符合哪一個動力學方程？（6分）答：（1）控制NiCr2O4生成速率的擴散是Ni2+離子。因為NiO與Cr2O3主要陽離子經(jīng)過產(chǎn)物層的逆向擴散生成NiCr2O4。而DCr3+DNi2+DO2，Cr3+擴散速度快，而Ni2+擴散速度慢。（4分）（2）這一反應早期轉化率與時間之間的關系應符合楊德爾方程1-(1-G)1/32=KJt。（2分）11、在擴散傳質的燒結過程

16、中，使坯體致密的推動力是什么？哪些方法可促進燒結？說明原因。（8分）答：在擴散傳質的燒結過程中，系統(tǒng)內(nèi)不同部位（頸部、顆粒接觸點、顆粒內(nèi)部）空位濃度不同，導致原子或質點由顆粒接觸點向頸部遷移，填充到氣孔中。因此使坯體致密化的推動力是空位濃度差。（4分）對于擴散傳質：（1）控制原料的起始粒度非常重要，顆粒細小的原料可促進燒結，因為頸部增長速率x/r與原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）溫度對燒結過程有決定性作用，擴散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關系，因此提高溫度可加速燒結。（4分）12.簡述硅酸鹽晶體結構分類的原則和各類結構中硅氧四面體的形狀。（9分）答：硅酸鹽晶體結構分類的原則：結構中硅氧四面體的連接

17、方式。（1.5分）各類結構中硅氧四面體的形狀：島狀結構：四面體；組群狀結構；（1.5分）雙四面體、三節(jié)環(huán)、四節(jié)環(huán)和六節(jié)環(huán)；（1.5分）鏈狀結構：單鏈、雙鏈；（1.5分）層狀結構：平面層；（1.5分）架狀結構：三維空間延伸的骨架。（1.5分）13試述B2O3中加入Na2O后,結構發(fā)生的變化,解釋硼酸鹽玻璃的硼反?，F(xiàn)象？（7分）答、B2O3中加入Na2O后, Na2O所提供的氧使BO3三角體變成BO4四面體，導致B2O3玻璃結構由兩度空間的層狀結構部分轉變?yōu)槿S的架狀結構，從而加強了網(wǎng)絡，并使玻璃的各種物理性質變好，這與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性質隨R2O或RO加入量的變化規(guī)律相反， 出現(xiàn)硼

18、酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象。（7分）14、用KCl和CaCl2分別稀釋同一種黏土泥漿，當電解質加入量相同時，試比較兩種泥漿下列性質的差異。（6分）（1）泥漿的流動性 （2）泥漿的觸變性 （3）泥漿的可塑性 （4）坯體的致密度 （5）黏土的電位 （6）泥漿的穩(wěn)定性（1）泥漿的流動性 KCl CaCl2（1分）（2）泥漿的觸變性 KCl CaCl2 （1分）（3）泥漿的可塑性 KCl l CaCl2 （1分）（5）黏土的電位 KCl l N CaCl2 （1分）（6）泥漿的穩(wěn)定性 KCl CaCl2 （1分）15.試比較伊利石和蒙脫石的結構特點。（8分）答：伊利石和蒙脫石是2：l型結構（1分），其結構皆

19、屬于單斜晶系；都存在同晶取代，蒙脫石同晶取代主要發(fā)生在八面體層中（1分），而伊利石是發(fā)生在硅氧面體層中（1分）；蒙脫石的電荷不平衡由進入層間的水化陽離子補償，這種水化陽離子在層間無固定位置，結合力弱，容易被交換出來（2分）；伊利石的電荷不平衡由進入層間的K+離子補償，K+離子有固定位置和配位數(shù)，結合較牢固（2分），因此蒙脫石的陽離子交換能力比伊利石強，蒙脫石結構中有層間水，并有膨脹性，而伊利石沒有（1分）。16試解釋說明為什么在硅酸鹽結構中Al3+經(jīng)常取代SiO4中Si4+，但Si4+一般不會置換AlO6中的Al3+？（配位數(shù)為6時，S14、A13和O2的離子半徑分別為0.40、0.53和1.

20、40；配位數(shù)為4時，一離子半徑依次為0.26、0.40和1.38）。（7分）答：CN=4, rAl3+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Al3+四配位穩(wěn)定，故在硅酸鹽結構中Al3+經(jīng)常取代SiO4中Si4+形成AlO4；（3.5分）CN=6，rSi4+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Si4+四配位穩(wěn)定，六配位不穩(wěn)定，故在硅酸鹽結構中Si4+一般不會置換AlO6中的Al3+，形成SiO6。（3.5分）17.網(wǎng)絡變性體（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。實驗觀察到當O/Si=2.53時，即達到形成玻璃的極限，根據(jù)結構解釋為什么在2O/Si2.5的堿和硅石混合物可以形成玻璃,而

21、O/Si=3的堿和硅石混合物結晶而不形成玻璃? （7分）答：在2O/Si2.5的堿和硅石混合物中，氧硅比較低，在高溫熔體中高聚物含量較高，熔體黏度較高，不易析晶，所以可以形成玻璃；（3.5分）而在O/Si=3的堿和硅石混合物中，氧硅比較高，在高溫熔體中低聚物含量較高，熔體黏度較低，所以易析晶，而不形成玻璃。（3.18.說明影響擴散的因素？（6分）答：（1）化學鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴散，空位擴散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴散為主，間隙離子較小時以間隙擴散為主。（2）缺陷：缺陷部位會成為質點擴散的快速通道，有利擴散。（3）溫度：D=D0exp（-Q/RT）Q不變，溫度升高擴散系數(shù)增大有利擴散

22、。Q越大溫度變化對擴散系數(shù)越敏感。（4）雜質：雜質與介質形成化合物降低擴散速度；雜質與空位締合有利擴散；雜質含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉折點升高。（5）擴散物質的性質：擴散質點和介質的性質差異大利于擴散（6）擴散介質的結構：結構緊密不利擴散。 19、出下列反應的合理缺陷反應式（7分）aNaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體bCaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶體答：a.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體 （3.5分） bCaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶體 （3.5分）20、完成下列缺陷反應式（10分） Fe2O3FeO CaF2YF3 或 (5分) 或 (5分)21影響固

23、相反應的因素有那些？答：影響固相反應的因素有反應物化學組成與結構的影響；顆粒度和分布影響；反應溫度、壓力、氣氛影響；礦化劑的影響。（6分）22晶界移動遇到氣孔時會出現(xiàn)幾種情況，從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應如何移動？怎樣控制？（10分）答：燒結初期，晶界上氣孔數(shù)目很多，此時氣孔阻止晶界移動，Vb=0。（2分）燒結中、后期，溫度控制適當，氣孔逐漸減少?？梢猿霈F(xiàn)Vb=Vp，此時晶界帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）繼續(xù)升溫導致VbVp，晶界越過氣孔而向曲率中心移動，氣孔包入晶體內(nèi)部，只能通過體積擴散排除，這是十分困難的。（2分

24、）從實現(xiàn)致密化目的考慮，晶界應帶動氣孔以正常速度移動，使氣孔保持在晶界上，氣孔可以利用晶界作為空位傳遞的快速通道而迅速匯集或消失。（2分）控制方法：控制溫度，加入外加劑等。（2分）三計算題（10分）1在制造透明Al2O3材料時，原始粉料粒度為2m，燒結至最高溫度保溫半小時，測得晶粒尺寸為10m，試問保溫2小時，晶粒尺寸多大？為抑制晶粒生長加入0.1MgO，此時若保溫2小時，晶粒尺寸又有多大？解：（1）G2-G02=kt 102-22 =k.0.5 得k192 G2-22=192*2 G20m （4分） (2) G3-G03=kt k=1984 G3 8=1984*2 G15.84m （4分）2

25、.在KCl晶體中摻入10-5mo1CaCl2，低溫時KCl中的K+離子擴散以非本征擴散為主，試回答在多高溫度以上，K+離子擴散以熱缺陷控制的本征擴散為主？（KCl的肖特基缺陷形成能Hs=251kJ/mol，R=8.314J/mo1K）。解：在KCl晶體中摻入10-5mo1CaCl2，缺陷方程為：則摻雜引起的空位濃度為 （5分） 欲使擴散以熱缺陷為主，則 即 即 3在CaF2晶體中，肖特基缺陷的生成能為5.5ev，計算在1600時熱缺陷的濃度。如果CaF2晶體中，含有百萬分之一的YF3 雜質，則在1600時CaF2晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢還是雜質缺陷占優(yōu)勢？（玻爾茲曼常數(shù)k=1.3810-23、電子

26、的電荷e=1.60210-19） 解：因為n/N=exp（-Gf/2kT）Gf=5.51.60210-19=8.81710-19J T=1600+273=1873K所以 n/N=exp（-8.81710-19/21.3810-231873）= exp（-17.056）=3.910-8 （5分）在CaF2晶體中，含有百萬分之一的YF3 雜質，缺陷方程如下： 此時產(chǎn)生的缺陷為，=10-6大于熱缺陷濃度3.910-8，故在1873K時雜質缺陷占優(yōu)勢或 此時產(chǎn)生的缺陷為 ，=5.510-7大于熱缺陷濃度3.910-8，故在1873K時雜質缺陷占優(yōu)勢 （5分）4有兩種不同配比的玻璃，其組成如下：序號Na

27、2O molAl2O3molSiO2mol1101278220674試用玻璃結構參數(shù)說明兩種玻璃高溫下粘度的大??？解：1#玻璃：Na2O/ Al2O3=10/121，所以Al3+在玻璃中起網(wǎng)絡形成離子的作用（1分） R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16 X2=2*2.16-4=0.32 Y2=4-0.32=3.68（3分）因而Y1R2 即2#玻璃橋氧分數(shù)大于1#, O/Si比小于1#玻璃,所以在高溫下1#熔體黏度小于2#. （2分）5CeO2為螢石結構，其中加入0.15molCaO形成固溶體,實驗測得固溶體晶胞參數(shù)a0=0.542nm,測得固溶體密度=6.54g/cm

28、3,試計算說明固溶體的類型？(其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16) （1） （4分） （2） （4分）（1）式固溶式為： （1.5分） （1.5分）（2）式固溶式為： （1.5分） （1.5分）實測D6.54g/cm3 ，接近D01，說明方程(1)合理， （1分） 固溶體化學式 ：Ce0.85Ca0.15O1.85 為氧空位型固溶體。課后習題3-6說明下列符號的含義：VNa，VNa，VCl，（VNaVCl），CaK，CaCa，Ca i解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個單位負電荷；氯離子空位，帶一個單位正電荷；最鄰近的Na+空位、Cl-空位形成的締合中心；Ca2+占據(jù)K.位置，帶

29、一個單位正電荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+處于晶格間隙位置。3-7寫出下列缺陷反應式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶體；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗倫克爾缺陷（Ag+進入間隙）解： （1）NaClNaCa+ ClCl + VCl（2）CaCl2CaNa + 2ClCl + VNa（3）OVNa + VCl（4）AgAgVAg + Agi3-8 MgO的密度是3.58g/cm3，其晶格參數(shù)是0.42nm，計算單位晶胞MgO的肖特基缺陷數(shù)。解：設有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x，晶胞體積V=（4.20）3

30、，x=VN0/M=3.96,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)=4-x=0.04。3-9 MgO（NaCl型結構）和Li2O（反螢石型結構）均以氧的立方密堆為基礎，而且陽離子都在這種排列的間隙中，但在MgO中主要的點缺陷是肖特基缺陷，而在Li2O中是弗倫克爾型，請解釋原因。解：Mg占據(jù)四面體空隙，Li占據(jù)八面體空隙。3-10 MgO晶體的肖特基缺陷生成能為84kJ/mol，計算該晶體1000K和1500K的缺陷濃度。（答：6.4103，3.5102）解：n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：n/N=6.410-3；T=1500k：n/N=3.510-2。3-11非化學計量化合物

31、FexO中，F(xiàn)e3+Fe2+0.1，求 FexO中的空位濃度及 x值。（答： 2.25105；0.956）解：Fe2O32FeFe + 3OO + VFey2yyFe3+2yFe2+1-3yO， X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565OVFe=2.2210-23-12非化學計量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質、壓力大小相關，如果增大周圍氧氣的分壓非化學計量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減小？為什么？解： Zn（g）Zni + eZn（g） + 1/2O2 = ZnO Zni + e+ 1/2O2 ZnO ZnO=ePO2ZniO2（g） OO

32、 + VFe + 2hk=OO VFeh/PO21/2=4OO VFe3/ PO21/2 VFe PO2-1/6，PO2 VFe3-18從化學組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機械混合物的差別。固溶體機械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子間相互反映生成相數(shù)均勻單相多相單相均勻化學計量不遵守定比定律遵守定比定律化學組成不確定有幾種混合物就有多少化學組成確定以AO溶質溶解在B2O3溶劑中為例：比 較 項固 溶 體化 合 物機 械 混 合 物化學組成（x =02）AB2O4AO+B2O3相組成均勻單相單相兩相有界面3-21 Al2O3在 MgO中形成有限固溶體，在低共熔溫度

33、 1995時約有18wtAl2O3溶入 MgO中，假設MgO單位晶胞尺寸變化可忽略不計。試預計下列情況的密度變化。1）Al3+為填隙離子；2）Al3+為置換離子。解： （a）Al3+為填隙離子：缺陷反應為： （1）固溶式分子式：（b）Al3+為置換離子：缺陷反應為： （2）固溶式分子式： （3）取100g試樣為基準：（為摩爾數(shù)） （m為摩爾數(shù)）MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式為：2.035 MgO0.176 Al2O3或Mg2.035Al0.352O2.563 （4）（4）式各項除以2.563得Mg0.794Al0.137O （5）由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式，對（

34、a）有即（b）有設：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為： （，分別代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。 3-22影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些？解：影響形成置換型固溶體影響因素： （1）離子尺寸：15%規(guī)律：1.（R1-R2）/R115%不連續(xù)。2.40%不能形成固熔體。（2）離子價：電價相同，形成連續(xù)固熔體。 （ 3）晶體結構因素：基質，雜質結構相同，形成連續(xù)固熔體。（4）場強因素。（5）電負性：差值小，形成固熔體。差值大形成化合物。影響形成間隙型固溶體影響因素：（1）雜質質點大小：即添加的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。（2）晶體（基質）結構：離子尺寸是

35、與晶體結構的關系密切相關的，在一定程度上來說，結構中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結構愈疏松，易形成固溶體。（3）電價因素：外來雜質原子進人間隙時，必然引起晶體結構中電價的不平衡，這時可以通過生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價態(tài)變化來保持電價平衡。3-23說明為什么只有置換型固溶體的兩個組分之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。解：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質質點能力10%；（2）間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解；置換固溶體形成是同號離子交換位置，不會對接產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。3-24對于 MgO、Al

36、2O3和 Cr2O3，其正、負離子半徑比分別為 0.47、0.36和 0.40，則 Al2O3和Al2O3形成連續(xù)固溶體。（1）這個結果可能嗎？為什么？（2）試預計，在MgOCr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限的還是無限的？為什么？解：（1）Al2O3與Cr2O3能形成連續(xù)固溶體， 原因：1）結構內(nèi)型相同，同屬于剛玉結構。 2）（2）MgO與Cr2O3的固溶度為有限 原因:結構類型不同MgO屬于NaCl型結構，Cr2O3屬剛玉結構。 雖然也不可能形成連續(xù)固溶體。3-25某種NiO是非化學計量的，如果NiO中Ni3+Ni2+104，問每1m3中有多少載流子？解：設非化學計量化合物為NixO，Ni2O3

37、2+ 3 +y2y yNi3+2yNi2+1-3yONi3+/Ni2+=2y/（1-3y）=10-x則y=510-5， x=1-y=0.99995，Ni0.99995O每m3中有多少載流子即為空位濃度：=y/（1+x）=2.510-5。3-26在 MgOAl2O3和 PbTiO3PbZrO3中哪一對形成有限固溶體，哪一對形成無限固溶體，為什么？解：MgO-AL2O3：，即rMg、rAl半徑相差大，MgO（NaCl型）、AL2O3（剛玉）結構類型差別大，形成有限固溶體；PbTiO3-PbZrO3形成無限固溶體，因為盡管Ti4+、Zr4+半徑相差較大（15. 28）,但都是（ABO3）鈣鈦礦型結構

38、，Ti4+、Zr4+都填充八面體空隙，該空隙體積較大，可填入的陽離子的半徑r值可在一定范圍內(nèi)變化，而不至于使結構變化。3-27 CeO2 為螢石結構，其中加入15mol%CaO形成固溶體，測得固溶體密度d7.01g/cm3，晶胞參數(shù)a0.5417nm，試通過計算判斷生成的是哪一種類型固溶體。已知原子量Ce 140.12，Ca 40.08，O 16.00。解：對于CaO-CeO2固溶體來說，從滿足電中性來看，可以形成氧離子空位的固溶體也可形成Ca2+嵌入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為： 對于置換式固溶體有 x=0.15，1-x=0.85，2-x=1.85，所以置換式固溶體化學式Ca0.15C

39、e0.85O1.85。有因為CeO2屬于螢石結構，晶胞分子數(shù)Z=4，晶胞中有Ca2+、Ce4+、O2-三種質點。晶胞質量對于間隙固溶體，其化學式Ca2yCe1-yO2，與已知組成Ca0.15Ce0.85O1.85相比，O2-不同，Ca0.15Ce0.85O1.85Ca0.152/1.85Ce0.832/1.85O2間隙式固溶體化學式Ca0.132/1.85Ce1.7/1.85O2同理可得實測密度為d=7.01 ，接近于d24-2試簡述硅酸鹽熔體聚合物結構形成的過程和結構特點。解：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎單位，組成大小不同的聚合體。可分為三個階段： 初期：石英的分化，架狀SiO4斷裂，在

40、熔體中形成了各種聚合程度的聚合物。中期：縮聚并伴隨變形一般鏈狀聚合物易發(fā)生圍繞Si-O軸轉動同時彎曲，層狀聚合物使層本身發(fā)生褶皺、翹曲、架狀聚合物熱缺陷增多，同時Si-O-Si鍵角發(fā)生變化。4-13一種用于密封照明燈的硼硅酸鹽玻璃，它的退火點是544，軟化點是780。求：（1）這種玻璃粘性流動的活化能；（2）它的工作范圍；（3）它的熔融范圍。解：（1）根據(jù)公式：退火點544， =1012 Pas， T=544+273=817K, 軟化點為780，=4.5106 Pas，T=780+273=1053K, 聯(lián)立（1），（2）式解得：1.3910-12 Pas，=373.13kJ/mol（2）工作溫

41、度范圍粘度一般為103107Pa.s根據(jù)公式：當=103 Pas時，T=1311.9K=1038.9當=107 Pas時，T=1033.6K=760.6所以工作溫度范圍是：1038.9760.6（3）熔融范圍粘度一般是10100 Pa.s當=10 Pas時，T=1516.0K=1243.0當=100 Pas時，T=1406.6K=1133.6所以熔融溫度范圍是1243.01133.64-18有一種玻璃組成（wt）為Na2O14、CaO13、SiO273，其密度為2.5g/cm3。（1）計算該玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）及結構參數(shù)值？（2）若用純堿、石灰石和石英砂作原料，用1000kg石英砂熔制

42、該玻璃，問其他兩種原料各需多少？解：（1）該玻璃的平均分子量 GM=0.1462+0.1356+0.7360.02=59.77 在13中原子數(shù)為 n=2.510-246.021023/59.77 =0.252個/3 在13原子所占體積 V=0.02524/30.1420.983+0.131.063+0.730.393+（0.14+0.13+0.732）1.323 =0.4685 AFP=0.46 結構參數(shù)： Na2OCaOSiO2wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6R=(13.7+13.7+72.6 2)/ 72.6=2.38 Z=4 X=2R-Z=

43、2.382-4=0.76 Y=Z-X= 4-0.76=3.24 （2）石英砂為1000kg，則需要純堿（Na2CO3）： 需要石灰石（CaCO3）：形成間隙固溶體，存在間隙Ca離子5-9 20時苯的表面張力為0.0289N/m，其飽和蒸氣壓為10013Pa，若在20時將苯分散成半徑為106m的小滴，計算：（1）苯滴上的附加壓力；（2）苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比。解：（1）根據(jù)公式，可算得P=20.0289/106=5.78104 N （2）根據(jù)開爾文方程，簡化為查得苯的密度為879kg/m3將已知數(shù)據(jù)代入公式右邊= =0.002=苯滴上的蒸氣壓與平面上苯液飽和蒸氣壓之比= =1.0025-10 20時，水的飽和蒸氣壓力為2338Pa，密度為998.3kg/m3，表面張力為0.07275N/m，求半徑為109m的水滴在20時的飽和蒸氣壓為多少？解 ：根據(jù)公式，可算得P=20.07275/109=1.455108 N/m2根據(jù)開爾文方程，簡化為，將已知條件代入可算得：=1.077 P=6864Pa最后算得半徑為109m的水滴在20時的飽和蒸氣壓P為6864Pa5-14若在101325Pa，100的水中產(chǎn)生了一個半徑為108m的小氣泡，問該小氣泡能否存在并長大？此時水的密度為958kg/m3，表面張力為0.0589N/m。解：