无机材料习题Word文档下载推荐.docx
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晶胞参数。
5、依据结合力得本质不同,晶体中得键合作用分为哪几类？
其特点就是什么？
晶体中得键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键与氢键。
离子键得特点就是没有方向性与饱与性,结合力很大。
共价键得特点就是具有方向性与饱与性,结合力也很大。
金属键就是没有方向性与饱与性得得共价键,结合力就是离子间得静电库仑力。
范德华键就是通过分子力而产生得键合,分子力很弱。
氢键就是两个电负性较大得原子相结合形成得键,具有饱与性。
6、等径球最紧密堆积得空隙有哪两种？
一个球得周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？
等径球最紧密堆积有六方与面心立方紧密堆积两种,一个球得周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
7、n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？
不等径球就是如何进行堆积得？
n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时,可以瞧成由大球按等径球体紧密堆积后,小球按其大小分别填充到其空隙中,稍大得小球填充八面体空隙,稍小得小球填充四面体空隙,形成不等径球体紧密堆积。
10、根据最紧密堆积原理,空间利用率越高,结构越稳定,金刚石结构得空间利用率很低（只有34、01％）,为什么它也很稳定？
最紧密堆积原理就是建立在质点得电子云分布呈球形对称以及无方向性得基础上得,故只适用于典型得离子晶体与金属晶体,而不能用最密堆积原理来衡量原子晶体得稳定性。
另外,金刚石得单键个数为4,即每个原子周围有4个单键（或原子）,由四面体以共顶方式共价结合形成三维空间结构,所以,虽然金刚石结构得空间利用率很低（只有34、01％）,但就是它也很稳定。
13、根据半径比关系,说明下列离子与O2—配位时得配位数各就是多少？
已知rO2－＝0、132nm,rSi4＋＝0、039nm,rK＋＝0、131nm,rAl3＋＝0、057nm,rMg2＋＝0、078nm。
对于Si4+、K+
、Al3+
、Mg2+
来说,其依次就是0、295、0、99、0、43、0、59;
依据正离子配位数与正负离子半径比得关系知配位数为:
Si4+
4;
K+
8;
Al3+
6;
Mg2+
6。
14、为什么石英不同系列变体之间得转化温度比同系列变体之间得转化温度高得多？
石英同一系列之间得转变就是位移性转变,不涉及晶体结构中键得破裂与重建,仅就是键长、键角得调整、需要能量较低,且转变迅速可逆;
而不同系列之间得转变属于重建性转变,都涉及到旧键得破裂与新键得重建,因而需要较得能量,且转变速度缓慢;
所以石英不同系列之间得转化温度比同系列变体之间转化得温度要高得多。
24、MnS有三种多晶体,其中两种为NaCl型结构,一种为立方ZnS型结构,当有立方型ZnS结构转变为NaCl型结构时,体积变化得百分数就是多少？
已知CN＝6时,rMn2＋＝0、08nm,rS2－＝0、184nm;
CN＝4时,rMn2＋＝0、073nm,rS2－＝0、167nm。
解:
当为立方ZnS型结构时:
=0、472nm
当为NaCl型结构时:
=2（rMn2++rS
）=2（0、08+0、184）=0、384nm
所以体积变化:
=46、15%
25、钛酸钡就是一种重要得铁电陶瓷,其晶型就是钙钛矿结构,试问:
（1）属于什么点阵？
（2）这个结构中离子得配位数为若干？
（3）这个结构遵守鲍林规则吗？
请作充分讨论。
（1）属于立方晶系
（2）Ba2+、Ti4+与O
得配位数分别为12、6与6
（3）这个结构遵守鲍林规则
鲍林第一规则——配位多面体规则
对于Ti4+
配位数为6
对于Ba2+
配位数为12
符合鲍林第一规则
鲍林第二规则——电价规则
即负离子电荷Z=则O
离子电荷=与O
离子电荷相等,
故符合鲍林第二规则,又根据钙钛矿型结构知其配位多面体不存在共棱或共面得情况,结构情况也符合鲍林第四规则——不同配位体连接方式规则与鲍林第五规则——节约规则
所以钙钛矿结构遵守鲍林规则。
26、硅酸盐晶体结构有何特点？
怎样表征其学式？
硅酸盐晶体结构非常复杂,但不同得结构之间具有下面得共同特点:
（1）结构中得Si4+离子位于O
离子形成得四面体中心,构成硅酸盐晶体得基本结构单元[SiO4]四面体。
SiOSi就是一条夹角不等得折线,一般在145°
左右。
（2）[SiO4]四面体得每个顶点,即O
离子最多只能为两个[SiO4]四面体所共用。
（3）两个相邻得[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。
（4）[SiO4]四面体中心得Si4+离子可以部分地被Al3+离子所取代,取代后结构本身不发生太大变化,即所谓得同晶取代,但晶体得性质发生了很大得变化。
这为材料得改性提供了可能。
硅酸盐得化学式表征方法主要有以下两种:
（1）
氧化物表示法
将构成硅酸盐晶体得所有氧化物按一定得比例与顺序全部写出来,先就是1价得碱金属氧化物,其次就是2价、3价得金属氧化物,最后就是SiO2
（2）
无机络合盐表示法
构成硅酸盐晶体得所有离子按一定得比例与顺序全部写出来,再把相关得络阴离子用中括号括起来即可。
先就是1价、2价得金属离子,其次就是Al3+离子与Si4+离子,最后就是O
离子与OH离子。
氧化物表示法得优点在于一目了然得反应出晶体得化学组成,可以按此配料来进行晶体得实验室合成。
用无机络合盐法则可以比较直观得反应出晶体所属得结构类型,进而可以对晶体结构及性质作出一定程度得预测。
两种表示方法之间可以相互转换。
27、硅酸盐晶体得分类依据就是什么？
可分为那几类,每类得结构特点就是什么？
硅酸盐晶体主要就是根据[SiO4]在结构中得排列结合方式来分类,具体可以分为五类:
岛状、组群状、链状、层状与架状。
结构与组成上得特征见下表:
结构类型
[SiO4]共用O
数
形状
络阴离子团
Si:
O
I岛状
四面体
[SiO4]4
1:
4
组群状
1
2
双四面体
三节环
四节环
六节环
[Si2O7]6
[Si3O9]6
[Si4O12]8
[Si6O18]1
2:
7
3
链状
2、3
单链
双链
[Si2O6]4
[Si4O11]6
4:
11
层状
平面层
[Si4O10]4
10
架状
骨架
[（AlxSi4x）O8]x
28、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型:
Mg2[SiO4],K[AlSi3O8],CaMg[Si2O6],Mg3[Si4O10]（OH）2,Ca2Al[AlSiO7]。
分别为岛状;
架状;
单链;
层状（复网）;
组群（双四面体）。
第三章答案
1、名词解释略。
2、试述位错得基本类型及其特点。
位错。
刃型位错特点:
滑移方向与位错线垂直,符号⊥,有多余半片原子面。
螺型位错特点:
滑移方向与位错线平行,与位错线垂直得面不就是平面,呈螺施状,称螺型位错。
3、非化学计量化合物有何特点？
为什么非化学计量化合物都就是n型或p型半导体材料？
非化学计量化合物得特点:
非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关;
可以瞧作就是高价化合物与低价化合物得固溶体;
缺陷浓度与温度有关,这点可以从平衡常数瞧出;
非化学计量化合物都就是半导体。
由于负离子缺位与间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体,正离子缺位与间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。
4、影响置换型固溶体与间隙型固溶体形成得因素有哪些？
影响形成置换型固溶体影响因素:
（1）离子尺寸:
15%规律:
1、（R1R2）/R1>
15%不连续。
2、<
15%连续。
3、>
40%不能形成固熔体。
（2）离子价:
电价相同,形成连续固熔体。
（3）晶体结构因素:
基质,杂质结构相同,形成连续固熔体。
（4）场强因素。
（5）电负性:
差值小,形成固熔体。
差值大形成化合物。
影响形成间隙型固溶体影响因素:
（1）杂质质点大小:
即添加得原子愈小,易形成固溶体,反之亦然。
（2）晶体（基质）结构:
离子尺寸就是与晶体结构得关系密切相关得,在一定程度上来说,结构中间隙得大小起了决定性得作用。
一般晶体中空隙愈大,结构愈疏松,易形成固溶体。
（3）电价因素:
外来杂质原子进人间隙时,必然引起晶体结构中电价得不平衡,这时可以通过生成空位,产生部分取代或离子得价态变化来保持电价平衡。
6、说明下列符号得含义:
VNa,VNa'
VCl˙,（VNa'
VCl˙）,CaK˙,CaCa,Cai˙˙
钠原子空位;
钠离子空位,带一个单位负电荷;
氯离子空位,带一个单位正电荷;
最邻近得Na+空位、Cl空位形成得缔合中心;
Ca2+占据K、位置,带一个单位正电荷;
Ca原子位于Ca原子位置上;
Ca2+处于晶格间隙位置。
7、写出下列缺陷反应式:
（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体;
（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体;
（3）NaCl形成肖特基缺陷;
（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。
（1）NaClNaCa’+ClCl+VCl·
（2）CaCl2CaNa·
+2ClCl+VNa’
（3）OVNa’+VCl·
（4）AgAgVAg’+Agi·
12、非化学计量缺陷得浓度与周围气氛得性质、压力大小相关,如果增大周围氧气得分压.非化学计量化合物Fe1xO及Zn1+xO得密度将发生怎么样得变化？
增大还就是减小？
为什么？
Zn（g）Zni·
+e’
Zn（g）+1/2O2=ZnO
Zni·
+e’+1/2O2ZnO
[ZnO]=[e’]
∴PO2
[Zni·
]
ρ
O2（g）OO+VFe’’+2h
k=[OO][VFe’’][h·
]/PO21/2=4[OO][VFe’’]3/PO21/2
[VFe’’]∝PO21/6,
∴
PO2
[VFe’’]
18、从化学组成、相组成考虑,试比较固溶体与化合物、机械混合物得差别。
align=center>
固溶体
机械混合物
化合物
形成原因
以原子尺寸“溶解”生成
粉末混合
原子间相互反映生成
相数
均匀单相
多相
单相均匀
化学计量
不遵守定比定律
遵守定比定律
化学组成
不确定
有几种混合物就有多少化学组成
确定
以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例:
比较项
固溶体
化合物
机械混合物
（x=0～2）
AB2O4
AO+B2O3
相组成
单相
两相有界面
19、试阐明固溶体、晶格缺陷与非化学计量化合物三者之间得异同点,列出简明表格比较。
固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都就是点缺陷,就是晶体结构缺陷,都就是单相均匀得固体,结构同主晶相。
热缺陷——本征缺陷;
固溶体——非本征缺陷;
分类
形成条件
缺陷反应
化学式
溶解度、缺陷浓度
热缺陷
肖特基
弗伦克尔
热起伏
T>
0k
O+
MMMi·
·
+
MX
只受温度控制
无限,有限,置换,间隙
搀杂
溶解
大小,电负性,电价,结构
无:
受温度控制
有:
搀杂量<
固溶度受温度控制
搀杂量>
固溶度受固溶度控制
非化学计量化合物
阳缺
阴间
阳间
阴缺
环境中气氛性质与压力变化
Fe1xO
UO2+x
Zn1+xO
TiO2X
[h·
]∝
[]∝
23、说明为什么只有置换型固溶体得两个组分之间才能相互完全溶解,而填隙型固溶体则不能。
（1）晶体中间隙位置就是有限得,容纳杂质质点能力<
10%;
（2）间隙式固溶体得生成,一般都使晶格常数增大,增加到一定得程度,使晶格变得不稳定而离解;
置换固溶体形成就是同号离子交换位置,不会对接产生影响,所以可形成连续固溶体。
27、CeO2为萤石结构,其中加入15mol%CaO形成固溶体,测得固溶体密度d＝7、01g/cm3,晶胞参数a＝0、5417nm,试通过计算判断生成得就是哪一种类型固溶体。
已知原子量Ce140、12,Ca40、08,O16、00。
对于CaOCeO2固溶体来说,从满足电中性来瞧,可以形成氧离子空位得固溶体也可形成Ca2+嵌入阴离子间隙中得固溶体,其固溶方程为:
对于置换式固溶体有x=0、15,1x=0、85,2x=1、85,所以置换式固溶体化学式Ca0、15Ce0、85O1、85。
有因为CeO2属于萤石结构,晶胞分子数Z=4,晶胞中有Ca2+、Ce4+、O2三种质点。
晶胞质量
对于间隙固溶体,其化学式Ca2yCe1yO2,与已知组成Ca0、15Ce0、85O1、85相比,O2不同,
Ca0、15Ce0、85O1、85Ca0、15×
2/1、85Ce0、83×
2/1、85O2
∴间隙式固溶体化学式Ca0、13×
2/1、85Ce1、7/1、85O2
同理可得
实测密度为d=7、01,接近于d2
∴形成间隙固溶体,存在间隙Ca离子
第四章答案
2、试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成得过程与结构特点。
聚合物得形成就是以硅氧四面体为基础单位,组成大小不同得聚合体。
可分为三个阶段:
初期:
石英得分化,架状[SiO4]断裂,在熔体中形成了各种聚合程度得聚合物。
中期:
缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕SiO轴转动同时弯曲,层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多,同时SiOSi键角发生变化。
[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6——[Si3O10]Na8+Na2O
（短键）
3[Si3O10]Na8——[Si6O18]Na12+2Na2O
（六节环）
后期:
在一定时间与温度范围内,聚合与解聚达到平衡。
缩聚释放得Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物,如此循环,直到体系达到分化缩聚平衡为止。
8、一种熔体在1300℃得粘度就是310Pa·
s,在800℃就是107Pa·
s,在1050℃时其粘度为多少？
在此温度下急冷能否形成玻璃？
（1）根据
1300℃时,η=310Pa·
s,由公式得:
①
800℃时,η=107Pa·
②
联立
（1）,
（2）式解得∴A=7、2,B=15219、6
当t=1050℃时,
解得η=20130、5Pa·
s。
（2）在此温度下,极冷能形成玻璃。
16、有两种玻璃其组成（mol％）如下表,试计算玻璃得结构参数,并比较两种玻璃得粘度在高温下何者大？
序
号
Na2O
CaO
A12O3
SiO2
B2O3
20
60
1号:
Z=4,Al3+被视为网络形成离子
X1=2RZ=0、5,Y1=
0、5=3、5
2号:
Z=4,
Al3+被视为网络改变离子
X2=2RZ=1、5,Y2=
1、5=2、5
Y1>
Y2高温下1号玻璃得粘度大。
2。
何谓表面张力与表面能？
在固态与液态这两者有何差别？
表面张力:
垂直作用在单位长度线段上得表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作得功;
σ=力/总长度（N/m）;
表面能:
恒温、恒压、恒组成情况下,可逆地增加物系一个单位新表面积须对物质所做得非体积功称为表面能;
J/m2=N/m。
液体:
不能承受剪应力,外力所做得功表现为表面积得扩展,因为表面张力与表面能就是相同得;
固体:
能承受剪切应力,外力得作用表现为表面积得增加与部分得塑性形变,固体表面能中包含了弹性能,表面张力与表面能不等。
固体表面张力为各向异性;
实际固体得表面绝大多数处于非平衡状态,决定固体表面形态得主要就是形成固体表面时得条件以及她所经历得得历史;
固体表面能与表面张力得测定非常困难
5、什么就是吸附与粘附？
当用焊锡来焊接铜丝时,用挫刀除去表面层,可使焊接更加牢固,请解释这种现象？
吸附就是以一种物质得分子或原子吸附着在另一种物质得表面上得现象。
通常发生在固液界面上,就是固体表面力场与被吸附分子发生得力场得相互作用得结果,吸附作用能使固体表面上得不平衡里达到某种程度得饱与。
从而降低表面能,所以一切固体具有不同程度得吸附周围介质（分子、质子或离子）到自己表面上得能力,就是一个自发过程。
粘附就是发生在固液或固固界面上得行为。
指两个发生接触得表面之间得吸引,通常以粘度功表示,粘附就是指分开单位面积粘附表面所需要得功或能,良好得粘度要求粘附得地方要求粘附得地方完全致密并有高得粘附强度。
焊锡焊接铜丝其实质就是焊锡焊锡对铜丝得粘附,焊接前先用锉刀除去铜丝表面层,其目得为:
（1）锉去铜丝表面得吸附层,露出新鲜得铜表面增加表面能;
（2）增加铜表面得粗糙度,由于锡对铜丝就是润湿得,则增加粗糙度,则增加润
湿性与粘附面目能同时产生机械啮合,增加粘附率固性。
12、试解释粘土结构水与结合水（牢固结合水、松结合水）、自由水得区别,分析后两种水在胶团中得作用范围及其对工艺性能得影响。
（1）粘土结构水就是以OH离子形式存在粘土结构中得水,脱水后粘土得结构被破坏,脱水温度400600℃;
（2）由于粘土颗粒一般带负电,又因水就是极性分子,当粘土颗粒分散于水中时,在粘土表面负电场得作用下,水分子以一定取向分布在粘土颗粒周围以氢键与其表面上得氧与氢氧基结合,负电端向外。
在第一层水分子得外围形成一个负电表面,因而又吸引第二层水分子。
负电场对水分子得引力作用,随着离开粘土表面距离得增加而减弱,因此水分子得排列也有定向逐渐过渡到混乱。
①靠近内层形成得定向排列得水分子层称为牢固结合水,围绕在粘土颗粒周围,与粘土颗粒形成一个整体,一起在介质中运动,其厚度约为3－10个水分子厚,密度大（1、281、48）热点点较低,热容小,介电常数小,也称为非液态吸附水脱去后不会破坏粘土得结构,脱水温度100200℃;
②在牢固结合水得外围吸引着一部分定向程度较差得水分子层称为松结合水,<
200Å
（约60个水分子层）,由于离开粘土颗粒表面较远,她们之间得结合力较小,密度大（1、281、48）热点及冰点较低,热容小,介电常数小,也称为非液态
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