【精编】无机材料物理化学课后习题及答案.pdf
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1、第一章几何结晶学基础1-1.晶体、晶胞的定义;空间格子构造的特点;晶体的基本性质。1-2.参网页上的模型,运用对称要素组合定律,写出四方柱、六方柱、四方四面体、斜方双锥、六八面体、三方柱、复三方三角面体、四六面体的点群符号,并写出其所属的晶系和晶族。1-3.参阅网页上的模型,请确定单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六方双锥、和聚型中2、3、4 号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行1-4.请写出单型三方柱、四方柱、四方双锥、六方柱、菱面体、斜方双锥各晶面的主要晶面符号。1-5.请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号:1、2、3、4。两个对称面相互成1)60、2)90、
2、3)45、4)30,可组合成什么点群1-6.由两根相交的二次轴互成1)90、2)60、3)45、4)30,可以组合成什么点群试在面心立方格子中画出菱面体格子1-7.一晶面在 X、Y、Z轴分别截得 2、4、6 个轴单位,请写出此晶面符号。1-8.作图表示立方晶体的(123)、(012)、(421)晶面。1-9.在六方晶体中标出晶面(0001)、(2110)、(1010)、(1120)、(1210)的位置。1.答:晶体最本质的特点是其内部的原子、离子、或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成,晶体的空间格子构造有如下特点:结点空间格子中的点,在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位置,因此也称
3、为晶体结构中的等同点位置。行列结点在一维方向上的排列 .空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向。面网结点在平面上的分布构成面网。空间格子中,不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网。平行六面体空间格子中的最小单位。它由六个两两平行且大小相等的面组成。晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质,这些性质完全来源于晶体的空间格子构造。晶体的基本性质主要包括以下五点:1).自限性(自范性),指晶体在适当条件下自发形成封闭几何多面体的性质。晶体的的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。暴露在空间的晶体外表,如晶面、晶棱与角顶分别对应其晶体空间格子中的某一个面网、行列和结点。2).结晶均一性,
4、指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质。因为以晶体的格子构造特点衡量,晶体不同部分质点分布规律相同,决定了晶体的均一性。3).对称性,指晶体中的相同部分在不同方向上或不同位置上可以有规律地重复出现。这些相同部位可以是晶面、晶棱或角顶。晶体宏观上的对称性反映了其微观格子构造的几何特征。4).各向异性,指晶体的性质因方向不同而具有差异。如云母的层状结构显示了在不同方向上的结合强度不同。从微观结构角度考虑,代表云母晶体的空间格子在不同方向上结点位置的排列不同。5).稳定性(最小内能),指在相同的热力学条件下,具有相同化学组成的晶体与气相、液相、非晶态相比,晶体具有最小内能,因此也是稳定的结构。2.答
5、:点群运 用 组 合 定律晶系晶族四方柱L 4 4L 2 5PC 1,2,3 四方中级六方柱L 6 6L 2 7PC 1.2.3 六方中级四方四面体Li 4 2L 2 2P 4,5 四方中级斜方双锥3L 2 3PC 1,2,3 正交低级六八面体3L 4 4L 3 6L 2 9PC 5 等轴高级复 三 方 三 角面体L 3 3L 2 3PC 1,2,3 三方中级四六面体3L 4 4L 3 6L 2 9PC 5 等轴高级三方柱Li 6 3L 2 3P 4 六方中级3 答:略4.答:三方柱晶面 1(2110)晶面 2(1210)晶面 3(1120)晶面 4(0001)晶面 5(0001)四方柱晶面
6、1(100)晶面 2(010)晶面 3(100)晶面 4(010)晶面5(001)晶面 6(001)四方双锥晶面 1(h0l)晶面 2(0kl)晶面 3(h0l)晶面 4(0kl)晶面 5(h0l)晶面 6(0kl)晶面 7(h0l)晶面 8(0kl)六方柱晶面 1(10l0)晶面 2(01l0)晶面 3(l100)晶面 4(l010)晶面 5(0l01)晶面 6(1l00)晶面 7(0001)晶面 8(000l)菱面体晶面 1(h00l)晶面 2(0k0l)晶面 3(h00l)晶面 4(0l0l)晶面 5(00il)晶面 6(00il)斜方双锥晶面 1(hkl)晶面 2(hkl)晶面 3(h
7、kl)晶面 4(hkl)晶面 5(hk l)晶面 6(hk l)晶面 7(hkl)晶面 8(hkl)5.答:60L33P 90L22P 45L44P 30L66P 6.答:903L260L33L2 45L44L2 30L66L27.答:略。(632)8.答:略 9.答:略第二章 晶体化学基础和无机化合物晶体结构11.晶格能与哪些因素有关已知MgO 晶体具有氯化钠的结构型,其晶格常数 a 为,试计算 MgO 的晶格能。12.计算具有简单立方(SC)和体心立方(BCC)结构金属(单质)晶胞的堆积密度(空间利用率)。13.金属钼具有 BCC 结构,其晶格常数 a 为,试计算钼原子的半径。金属铬的晶格
8、常数a 为,密度为 cm3,通过计算确定铬是简单立方、体心立方还是面心立方结构。(Cr)14.在氧离子面心立方紧密堆积中,画出适合正离子填充的空隙形状和位置,并分析八面体空隙和四面体空隙数分别与氧离子数有什么关系15.比较面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的异同点。16.ThO2具有萤石结构:Th4+离子半径为,O2-离子半径为,试问1)实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致2)结构是否满足鲍林规则。17.从负离子的立方密堆积出发,说明以下情况各产生什么结构类型:1)正离子填满所有四面体空隙位置;2)正离子填满一半四面体空隙位置;3)正离子填满所有八面体空隙位置。18.在萤石晶体
9、中Ca2+半径为,F-半径为,求萤石晶体的堆积密度萤石晶体 a=,求萤石的密度。19.根据教材中的萤石结构图,画出萤石晶胞的投影图,并注明Ca2+离子和 F-离子的标高。110.下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型(有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位置):CaMgSi2O6 Ca2AlAlSiO7 MgSi4O10(OH)2 KAlSi3O8 1答:因素为(1)离子的电子结构(2)离子的晶体结构类型(3)正负离子平衡距离。MgO 的晶格能为 KJ mol 1。2答:SC堆积密度为,BCC 堆积密度为。3答:钼原子半径为。铬是体心立方BCC 结构。4答:四面体数:氧离子数2:1,八面体数:氧离
10、子数1:1。5答:略。6答:(1)半径计算得出 Th4应为六配位,由于ThO2为萤石结构,故不一致。(2)不满足多面体规则,电价规则可满足。7答:1)反萤石结构。2)闪锌矿结构。3)NaCl型结构。8答:堆积密度为,萤石的密度为 cm3。9答:图略。10.答:CaMgSi2O6 单链状。Ca2AlAlSiO7 组群状,双四面体。Al3+离子一部分位于氧八面体空隙,另一部分位于四面体空隙。MgSi4O10(OH)2 层状。KAlSi3O8 架状。Al3+离子位于氧四面体空隙。第三章晶体的结构缺陷3-1 方镁石(MgO)的密度是 cm3,其晶格常数是,计算MgO 中每个晶胞中肖特基缺陷的数目。3-
11、2 1)在 CaF2晶体中,弗兰克尔缺陷形成能为,肖特基缺陷的生成能为,计算在 25和 1600时热缺陷的浓度2)如果 CaF2晶体中,含有百万分之一的YF3杂质,则在 1600时,CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势请说明原因。3-3 在下述晶体中,你认为何类缺陷占优势1)用 MgCl2掺杂的 NaCl;2)用 Y2O3掺杂的 ZrO2;3)用 YF3掺杂的 CaF2;4)在一种还原性气氛中加热的 WO3。3-4 试写出下列缺陷方程:1)2)3)4)3-5 当 ZrO2添加到 Y2O3中,为保持结构的电中性,在形成置换型固溶体的同时,还产生正离子空位,写出其缺陷反应方程式。3-6
12、高温结构材料 Al2O3可以用 ZrO2来实现增韧,也可以用 MgO 来促进 Al2O3的烧结:1)如加入%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶体分子式;2)如加入%ZrO2和 Xmol%MgO 对 Al2O3进行复合取代,试写出缺陷反应式、固溶体分子式,并求出X值。3-7 ZnO 属六方晶系,a=,c=,每个晶胞中含有2 个 ZnO分子,测得晶体密度分别为、cm3,求两种情况下各产生什么型式的固溶体3-8 非化学计量化合物FexO中,Fe3+/Fe2+=,求 FexO中空位浓度及 x值。.答:平均每个晶胞对肖特基缺陷。2.答:T1=298K,弗兰克缺陷浓度10-24,肖特基缺陷浓度为10-31;
13、T2=1873K,弗兰克缺陷浓度10-4,肖特基缺陷浓度为10-5;T=1600,热缺陷 10-4,杂质缺陷 110-6,热缺陷占优势3.答:;和4.答:5.答:6.答:7.答:略8.答:,空位浓度=第四章 非晶态固体4-1 试分析影响熔体粘度的因素有哪些4-2 名词解释:晶子学说和无规则网络学说、单键强度、网络形成剂和网络变性剂4-3 玻璃的组成是13mol%Na2O、13mol%CaO、74mol%SiO2,计算非桥氧分数。有两种不同配比的玻璃,其组成如下:序号Na2O(mol%)CaO(mol%)SiO2(mol%)1 8 12 80 2 12 8 80 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温
14、下粘度的大小。4-4 有一组二元硅酸盐熔体,其 R志变化规律如下,写出熔体一系列性质的变化规律:R=2、3、4 游离碱含量的变化;O/Si 比的变化;低聚物数量;熔体粘度;形成玻璃的能力;析晶能力。4-5 什么是硼反常现象为什么会产生硼反常现象。1.答:溶体组成,质点活化能,温度等。2.答:略。3.答:R值为。X值为。非桥氧分数为。两种玻璃结构参数相同,但(1)的钙含量高,所以(1)粘度大。4答:游离碱含量的变化增大;O/Si 比的变化增大;低聚物数量增多;熔体粘度递减;形成玻璃的能力递减;析晶能力递增。5答:略。第五章固体的表面与界面行为5-1 名词解释:表面能、表面张力、吸附、接触角、晶界
15、结构、润湿角。52 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因。53 MgOAl2O3-SiO2系统的低共熔物放在Si3N4陶瓷片上,在低共熔温度下,液相的表面张力为900103N/m,而液体与固体的界面能为 60010 3N/m,测得接触角为。(1)求 Si3N4的表面张力;(2)把 Si3N4在低共熔温度下进行热处理,测试其热腐蚀的槽角为60,求 Si3N4的晶界能。54 生产氧化铅瓷件过程中需要镀银,已知 1000时Al2O3 s103N/m,Ag L10 3N/m,Ag L/Al2O3 s103N/m,问液态银能否润湿氧化铅瓷件表面可以用什么方法改善它们之间的润湿性55 影响润湿
16、效果的主要因素有哪些56 大块状的石英材料经煅烧后易于破碎,这是为什么57 试说明晶粒之间的晶界应力大小对晶体性能的影响。58 在真空中和在空气中将云母片剥落后再合上,会出现什么现象说明理由59 什么是粘附功粘附性越好是否就意味着粘附功越小,为什么510 1 克石英当它粉碎(在湿空气中)成每颗粒半径为 1m的粉末时质量增加至克,它的吸附水膜厚度为多少(石英密度是 cm3)1.答:略 2.答:略3.答:90010-3N/M 155910-3N/M 4.答:=14790,液态银不能润湿氧化铅表面,可以通过以下方法改善它们之间的润湿性:增大瓷件表面粗糙度;设法除去表面吸附膜等.5.略6.略7.略8.
17、略 9.略 10.答:膜厚度为第六章相图及其相平衡61 名词解释:凝聚系统;介稳平衡;无变量点;低共熔点;双升点;双降点;液相独立析晶。62 简述 SiO2的多晶转变现象,说明为什么在硅酸盐产品中SiO2经常是以介稳状态存在。63 具有不一致熔融二元化合物的二元相图(图611 所示),在低共熔点 E发生如下析晶过程:。已知 E点 B含量为 20,化合物 AmBn的 B 含量为 64。现有 C1和 C2二种配合料,已知 C1中的 B含量为 C2中 B含量的倍,且在高温熔融冷却析晶时,从该二配合料中析出的初相(即到达低共熔温度前析出的第一种晶体)含量相等。试计算 C1和 C2配合料的组成。64 今
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