材料化学第二章习题参考答案1.docx

第二章参考答案1. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？类 型键合强弱形成晶体的特点离子键最强无饱和性和方向性:高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键强有饱和性和方向性:低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电金属键较强无饱和性和方向性:配位数高、构造密堆、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性氢键弱有饱和性和方向性；高分子化合物形成氢键数目宏大，对其熔点及力学等性能影响大；对小分子熔点、沸点、溶解性、黏度也有肯定影响。范德华键最弱无饱和性和方向性:构造密堆、高熔点、绝缘2. 为什么可将金属单质的构造问题归结为等径圆球的密积累问题 答:金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为全部原子共有,自由流淌,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子构造都是全充溢或半充溢状态,电子分布根本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密积累构造,其特点是积累密度大,配位数高,因此金属单质的构造问题归结为等径圆球的密积累问题.3. 计算体心立方构造和六方密堆构造的积累系数。 (1) 体心立方a ：晶格单位长度R ：原子半径 ，n=2, (2)六方密堆 n=64. 试确定简洁立方、体心立方和面心立方构造中原子半径和点阵参数之间的关系。 解：简洁立方、体心立方和面心立方构造均属立方晶系，点阵参数或晶格参数关系为，因此只求出a值即可。对于（1）fcc(面心立方)有, ，(2) bcc体心立方有： ；(3) 简洁立方有：，5. 金属铷为A2型构造，Rb的原子半径为0.2468 nm，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a和Rb 的相对原子质量。解：其中, 为密度, 为晶格常数, 晶胞体积，NA为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol-1，M为原子量或分子量，n为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M为金属原子的原子量，n为晶胞中原子的个数。对A2型，为体心立方， 则有n=2， = 85.30 kg/mol 6. FCC构造的镍原子半径为0.1243nm。试求镍的晶格参数和密度。解：对于镍金属原子晶体，因属面心立方，有7. 铀具有斜方构造，其晶格参数为a=0.2854nm，b=0.5869nm，c=0.4955nm；其原子半径为0.138nm，密度为19.05g×cm-3。试求每单位晶胞的原子数目及积累系数。斜方晶系即正交晶系：abc, =8. 6个O2-离子环绕一个Mg2+离子，将离子看成硬球，其半径分别是，。试求O2-离子之间隙间隔 。(岩盐型构造： 负面心立方排列，正离子八面体间隙位 )解： 代表Mg离子。代表O 离子9. 已知金属镍为A1型构造，原子间接触间隔 为249.2pm，请计算：1）Ni立方晶胞的参数；2）金属镍的密度；3）分别计算（100）、（110）、（111）晶面的间距。 解：对于面心立方A1型: 原子间接触间隔 249.2pm=0.2492nm=2R, （1）, （2）金属镍的密度：（3）对于立方晶系，面间距公式为： 因此有：(100) 晶面间距: =0.3525nm(110) 晶面间距: (111) 晶面间距: nm10. 试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积改变。在转变温度下，体心立方铁的晶格参数是0.2863nm，而面心立方铁的点阵参数是0.359lnm。解: 体心立方: V1=a3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm3 面心立方: V2= a3 = (0.3591nm)3 = 0.04630 nm3V=V2-V1=0.02284nm3, 因此体积增大0.02284 nm311. 单质Mn有一种同素异构体为立方构造，其晶胞参数为0.6326nm，密度r= 7.26 g×cm-3，原子半径r = 0.112nm，计算Mn晶胞中有几个原子，其积累系数为多少？ 12固溶体与（液体）溶液有何异同？固溶体有几种类型？ 固体溶液与液体溶液的共同点：均具有均一性、稳定性，均为混合物，均存在溶解性问题（对固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度）；1均一性：溶液各处的密度、组成和性质完全一样；2. 稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分别； 3混合物：溶液肯定是混合物。固体溶液与液体溶液的不同点：固溶体的溶质和溶剂均以固体形式出现，而液体溶体的溶质和溶剂均以液体形式出现；固溶体：又称固体溶液，指由一种或多种溶质组元溶入晶态溶剂，并保持溶剂晶格类型所形成的单相晶态固体。固溶体按固溶度分可两种类型：有限固溶体与无限固溶体；按溶质原子在晶格中的位置可分为置换固溶体与填隙固溶体。13试述影响置换固溶体的固溶度的因素答：有原子或离子半径大小，电价，化学键性质，晶体构造等因素。（1）原子或离子半径大小： ，r < 15 %, 形成连续固溶体；15% < r < 30%, 形成有限固溶体；r 30%,难形成固溶体；（2）电价：两种固体只有在离子价一样或同号离子的离子价总和一样时，才能满意电中性要求，形成连续固溶体。（3）化学键相近，易形成连续固溶体。（4）晶体构造类型一样，易形成连续固溶体。14说明下列符号的含义： ：代表钠原子格点位置空位；代表钠离子格点位置空位,带一个有效负电荷代表氯离子格点位置空位,带一个有效正电荷钙离子取代钾离子,进入钾离子格点位置, 带一个有效正电荷钙离子在钙离子格点位置钙离子在间隙位置，带两个有效正电荷15写出CaCl2溶解在KCl中各种可能的缺陷反响式3 种可能性： Ca2+取代K+，Cl-进入Cl-晶格位置： Ca2+取代K+，Cl-进入间隙位置： Ca2+进入间隙位置，Cl-占据晶格位置： 16. 说明为什么只有置换型固溶体的两个组份之间才能互相完全溶解，而填隙型固溶体则不能。答：置换型固溶体：溶质原子代替一局部溶剂原子占据溶剂晶格某些结点位置所组成的固溶体。 间隙型固溶体：溶质原子进入溶剂晶体间隙位置所形成的固溶体。由于溶剂晶体间隙有限，能填入异质原子或离子的数目也有限，因此间隙型固溶体是有限固溶体。19. 试求下图中所示方向的密勒指数：方向A：方向B：方向C：方向D：方向E：方向F：方向G：方向H：20 试求下图中所示面的密勒指数A面：在x、y、z上的截距分别为x=0, y=, z=, 故须平移，向x方向挪动一晶格参数，此时，x=1, y=, z=, 其倒数：1，0，0，故为A晶面指数为（100） （倒数：1/2，-1/2，1，互质整数：1，-1，2） （倒数：1，1，-4/3，互质整数：3，3，-4） （倒数：1，3，0，互质整数：1，3，0）