無機材料物理化學作業(yè)答案

第一次作業(yè)1、試證明等徑球體六方緊密堆積的軸比c/a=證明：如圖1所示，六方緊密堆積的晶胞中，a軸上兩個球直接相鄰，所以a=2rc軸上，一個球分別于與上下各個球緊密接觸，形成四面體，如圖2所示。圖1圖2110、根據(jù)最緊密堆積原理，空間利用率越高，結構越穩(wěn)定，金剛石結構的空間利用率很低〔只有34.01%〕，為什么它也很穩(wěn)定？答:最緊密堆積原理是建立在質點的電子云分布呈球形對稱以及無方向根底上的，故只適用于典型的離子晶體和金屬晶體，而不能用最緊密堆積原理來衡量原子晶體的穩(wěn)定性。另外，金剛石的單鍵個數(shù)為4，即每個原子周圍有4個單鍵〔或原子〕，由四面體以共頂結合形成三維空間結構，所以，雖然金剛石結構的空間利用率很低〔只有34.01%〕，但是它也很穩(wěn)定。

22.21晶格能與哪些因素有關？MgO晶體具有氯化鈉的結構型，其晶體常數(shù)a為。試計算MgO晶格能。解：〔1〕晶格能指反響時1mol離子化合物從相互別離的氣態(tài)結合成離子晶體所放出的能量。晶格能與離子半徑、離子電荷晶體的結構類型等有關。且晶格能的大小與離子帶電量成正比，與離子半徑成反比?！?〕MgO晶體具有NaCl型結構，所以正負離子平衡距離為0.21nm,Z+=Z-=2波恩指數(shù)為7，A=1.7476帶入數(shù)據(jù)得

331、石墨、滑石和高嶺石具有層狀結構，說明它們的結構的區(qū)別及由此引起的性質上的差異？解:石墨與滑石和高嶺石比較，石墨中間層C原子進行SP2雜化，形成大∏鍵，每一層都是六邊形網狀結構。由于間隙較大，電子可在同層中運動，可以導電，層間分子間力作用，所以石墨比較軟?；前嗣骟w空隙全部被鎂離子填充的2：1型三八面體型結構而高嶺土為1:1型二八面體結構石墨結構滑石結構高嶺石結構425、鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦，試問：〔1〕屬于什么點陣？〔2〕這個結構中離子的配位數(shù)為假設干？〔3〕這個結構遵守鮑林規(guī)那么嗎？請作充分討論。答：〔1〕屬于立方晶系〔2〕Ba2+、Ti4+和O2-的配位數(shù)分別為12、6和6〔3〕這個結構遵循鮑林規(guī)那么鮑林第一規(guī)那么——配位多面體規(guī)那么532、〔1〕在硅酸鹽晶體中，Al3+為什么能局部置換硅氧骨架中Si4+；〔2〕Al3+置換Si4+后，對硅酸鹽組成有何影響？〔3〕用電價規(guī)那么說明Al3+置換骨架中的Si4+時，通常不超過一半，否那么將使結構不穩(wěn)定。解：(1)Al3+可與形成[AlO4]5-;Al3+與Si4+處于第二周期，性質類似，易于進入硅酸鹽晶體結構中與Si4+發(fā)生同晶取帶，由于鮑林規(guī)那么，所以只能局部取代；〔2〕Al3+置換Si4+是局部取代，Al3+取代Si4+時，結構單元[AlSiO4][AlSiO5],失去了電中性，有過剩的負電荷，為了保存電中性，將有一半半徑較大而電荷較低的陽離子如K+、Ca2+、Ba2+進入結構中；〔3〕設Al3+置換了一半的Si4+，那么O與一個Si4+、一個Al3+相連，陽離子的靜電鍵強度=3/41+4/41=7/4，O的電荷數(shù)為-2，二者相差1/4，假設取代超過一半，二者相差必然大于1/4，造成結構不穩(wěn)定。6第二次作業(yè)3-10、網絡變性體〔如Na2O)參加石英玻璃中，使氧硅比增加，實驗觀察到O/Si即到達形成玻璃的極限，O/S>3，那么不能形成玻璃，為什么？解：當O/Si=2.5~3時，Y=2~3;當時，3<Y<4;而當O/Si=3時，Y=2。結構參數(shù)Y對玻璃性質有重要意義。對于Na2玻璃，Y越大，強度越大；反之，Y愈小，網絡空間上的集聚也愈小，結構也變得較松，并隨之出現(xiàn)較大的空隙，結構使網絡改變離子的運動，不管在本身位置振動或者從一位置通過網絡的間隙躍遷到另一位置都比較容易。因此隨著Y值的遞減，出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大，電導增加和粘度減小等變化。對于硅酸鹽玻璃來說，Y<2時不可能構成三維網絡，因為四面體間公有的橋氧數(shù)少于2，結構多半是不同長度的四面體鏈。所以對于O/Si=3的堿和石灰混合物結晶而不形成玻璃。73-14以下兩種釉式中，你能否判斷兩者的熔融溫度、黏度、外表張力的差異〔1〕〔2〕解：〔1〕粘度的差異對于釉式1：

按網絡形成離子對于釉式2：

Al3+被視為網絡改變離子即：〔1〕釉式1Y1>釉式2Y2，所以在高溫下釉式1粘度>釉式2粘度〔2〕釉式1融化溫度>釉式2融化溫度〔3〕外表張力的差異：釉式1外表<釉式2外表張力因為釉式1中的O/Si小于釉式2中的O/Si，同時釉式中參加PbO和Ba2O3，這些氧化物可以降低外表張力8在二元Na2O-SiO2玻璃中參加B2O3，玻璃的結構將如何變化答：在鈉硅玻璃中參加B2O3，玻璃的結構隨B2O3增加而逐漸加強，玻璃的性質得到改善，但B2O3的含量超過某數(shù)字時，將出現(xiàn)逆轉；隨著B2O3的增加，玻璃結構逐漸弱化，玻璃的性質逐漸變壞，即：由于硼反常現(xiàn)象，在玻璃的性質變化曲線上出現(xiàn)極值。9習題課晶體缺陷10

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熱缺陷1600℃以弗倫克爾缺陷為主：摻雜：參加10-6濃度的YF3將形成10-6濃度的Fi’缺陷〔缺陷方程和濃度分析是必須的〕與1600℃熱缺陷濃度相比可知，以熱缺陷為主1212.六方晶系的晶胞體積1315.CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內含有4個螢石分子14由ρ1與ρ2計算值與實測密度比較，ρ1值接近，因此0.2molYF3參加CaF2中形成間隙型固溶體1519解：對于CaO-CeO2固溶體來說，從滿足電中性來說，可以形成氧離子空位的固溶體，也可以形成Ca2+嵌入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為：CeCaO1.85CeCaO2置換型間隙型CeO為螢石結構，含有四個陰離子，八個陰離子，那么由于實際中固溶體密度d=7.01g/cm3,因此形成的是間隙型固溶體164.20解:(a)非化學計量化合物Fe1-XO是由于正離子空位，引起負離子過剩：按照質量作用定律，平衡常數(shù):由此可知：即鐵空位的濃度與氧分壓的1/6成正比，故氧分壓增大時，F(xiàn)e1-xO密度減小17

(b〕非化學計量化合物Zn1+xO，由于正離子填隙，使金屬離子過剩按照質量作用定律

即間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大氧分壓，間隙離子濃度減小，那么Zn1+xO密度也將減小。18

21.分析：FexO是a(mol)Fe2O3溶解在FeO