D. [SiO4]间的Si－O键是粘度的主要表征，R+半径越小，对Si－O键的削弱能力越强
6．粘土的许多性能与所吸附的阳离子种类有关。
当粘土吸附不同阳离子后，其性能的变化规律以箭头（大®小）表示的是
A.泥浆的稳定性 B.泥浆的流动性
C.泥浆的滤水性 D.泥浆的ζ电位
7．当液体（L）与固体（S）相接触，固体不被液体所润湿，则两相的表面张力关系应为
A.σSV－σSL<σLV B.σSV－σSL>σLV
C.σSV >σSL D.σSV <σSL
8．在不稳定扩散条件下，描述介质中各点作为时间函数的扩散物质聚积过程的 菲克第二定理，其基本数学表达式为
A.
B.J=
C.
D.
9．气体通过玻璃的渗透率随玻璃中以下物质含量的增加而增加
A.网络形成离子 B.网络中间离子 C.网络改变离子 D.杂质离子
10．以体积扩散传质为主的烧结过程，烧结初期线收缩率与时间t的（ ）次方成正比
A.
B.
C.
D.
四、计算与问答（共45分）
1．（5分）玻璃与金属封接，为什么要预先在金属表面作氧化处理，其作用如何？
2．（5分）在组成为16Na2O·xB2O3·（84－x）SiO2的熔体中，当x<15mol%时，增加B2O3的含量，使粘度增大；当x>15mol%时，增加B2O3的含量，则反而会使粘度降低，请解释原因。
3．（5分）在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥（回坯泥中含有少量石膏屑CaSO4），结果使泥浆变稠，为什么？
欲降低泥浆粘度应采取什么措施？
4．（10分）由A向B的液固相变中，单位体积自由焓变化DGV在1000℃时是－100卡/cm3，在900℃时是－500卡/cm3，设A－B间的界面能为500尔格/cm2，求：
（1）在900℃和1000℃时的临界半径；
（2）在1000℃时进行相变时所需的能量。
5．（10分）由SiO2和Al2O3粉反应生成莫来石的过程是由扩散控制的反应，符合杨德方程，如果活化能为50千卡/mol，反应在1400℃进行1小时，只完成10％，那么1500℃下进行4小时，反应将完成多少？
为加快反应进程可采取哪些有效措施？
（气体常数R＝1.987卡/mol·k）
6．（10分）如图为ABC三元系统相图，存在两个化合物S1S2，
（1）说明化合物S1与S2的性质；
（2）划分三角形，判断各三元无变量点E、G、F的性质，并写出相平衡方程；（3）用箭头标出DABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质；（4）写出熔体M的固体混合物的的加热过程表达式，并计算液相 成点刚要离开三元无变量点时和相 的百分含量（用线段表示）；（5）若熔体组成点在DABC内，最后析晶产物能否同时获得A、B、C，为什么？
答案二
一、名词解释（每小题3分，共15分）
1．同质多晶现象
化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象。
2．肖特基缺陷
正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，在晶体内正常格点上留下空位。
3．结构驰豫
熔体冷却时，熔体内的质点（原子、分子或离子）相应位移重排进行结构调整，以达到对应温度下的平衡状态，并放出能量。
4．阳离子交换容量
表征离子交换能力的指标，用pH＝7时l00克干粘土所吸附离子的毫克当量数来表示。
5．稳定扩散
扩散物质的浓度分布只随位置变化，不随时间变化的扩散过程。
二、填空（每小题2分，共20分）
1．根据三元系统相图上等温线分布的疏密可以判断液相面的徒势。
等温线分布越密，说明液相面越 陡 ，则温度变化时，液相量变化越 小 。
2．在O2－作面心立方密堆积的晶体中，为获得稳定结构，正离子将所有八面体空隙均填满的晶体有 MgO ；填满一半四面体空隙的晶体有 BeO （请各举一例）。
它们分别属于 NaCl 和 立方ZnS 型结构。
3．MgAl2O4尖晶石结构中，Mg2+填充
的 四 空隙，Al3+填充
的 八 空隙，单位晶胞内含有 8 个分子。
4．下列硅酸盐晶体矿物：
Ca[Al2Si2O8]、KAl2[AlSi3O10]（OH）2、Be3Al2[Si6O18]、Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2分别属于 架状 、 层状 、 六节环 和 双链 结构。
5．某单质晶体的空位形成能为64kJ/mol，在1500°C时的空位浓度为
。
6．在TiO2中引入高价氧化物V2O5形成置换型固溶体，其缺陷反应方程式为
，固溶体分子式为
。
7．一种玻璃的摩尔组成为24mol％Na2O，12mol％Al2O3，64mol％SiO2，其四个基本结构参数为Z＝ 4 ，R＝ 2.14 ，X＝ 0.27 ，Y＝ 3.73 。
8．三种典型离子化合物PbI2、PbF2、CaF2的比表面能分别为0.13J/m2、0.90J/m2、2.50J/m2，由此可以预计这三种化合物的表面双电层厚度的大小次序为 PbI2>PbF2>CaF2 。
9．比较下列几种情况扩散系数的大小：
（1）同一物质在面心立方结构晶体中 < 在体心立方结构晶体中；
（2）同一物质在晶体中 < 在同组成玻璃中；
（3）同一物质在淬火玻璃中 > 在退火玻璃中。
10．粘土粒子破键引起的荷电与介质的pH值有关，高岭土在酸性介质中边棱带 正 电荷；在碱性介质中边棱带 负 电荷。
三、选择（每小题2分，共20分）
1．三元系统相图中，若存在n条边界线，则此系统相图中能连接出的连结线数目必是
A.（n－1）条 B.n条 C.（n+1）条 D.数目不定
2．硅砖与高铝砖不能砌筑在一起，其原因是
A. SiO2的熔点比Al2O3的熔点低
B. SiO2中混入少量的Al2O3会导致SiO2的熔点降低
C. 莫来石的液相线比较平坦
D. 莫来石的熔点太低，不能用作耐火材料
3．有M1X，M2X，M3Y三种离子化合物，离子半径分别为rX＝0.181nm，rY ＝0.13nm，rM1＝0.095nm，rM2＝0.169nm，rM3＝0.034nm，这三个化合物正离子配位数大小顺序的排列是
A.M2X>M1X>M3Y B.M1X>M3Y>M2X
C.M2X>M3Y>M1X D.M3Y>M2X>M1X
4．钙钛矿（CaTiO3）结构中，正、负离子配位数Ca∶Ti∶O=12∶6∶6，其中与每个O2－配位的正离子为
A.4个Ti4+，2个Ca2+ B.4个Ca2+,2个Ti4+
C.3个Ca2+,3个Ti4+ D.6个Ca2+
5．在Al2O3中掺入0.5mol%NiO和0.02mol%Cr2O3所制成的金黄色人造黄玉，经分析认为是形成了置换型固溶体，于是此人造黄玉的化学式可写成
A.Al1.9946Ni0.005Cr0.0002O2.9975 B.Al1.9948Ni0.005Cr0.0004O3
C.Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975 D.Al1.9948Ni0.005Cr0.0002O3
6．若有一个变价金属氧化物MO，在还原性气氛下形成缺氧型非化学计量化合物，金属正离子M和氧离子数之比为M:
O=1.1∶1，则：
其化学式为
A. MO0.91 B.M1.1O C.MO0.89 D.MO1.1
7．多种聚合程度不等的负离子团同时并存而不是一种独存，是硅酸盐熔体结构远程无序的实质。
当熔体的组成不变时，熔体中各级聚合体的数量与温度的关系是：
温度升高
A.高聚体的数量多于低聚体的数量 B.高聚体的数量少于低聚体的数量
C.高聚体的数量增加 D. 高聚体的数量减少
8．简单碱金属硅酸盐熔体R2O－SiO2中，正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响。
当R2O含量较高，即O/Si比值较大时，降低粘度的次序为：
K+>Na+>Li+，这是因为
A. K2O引入的游离氧最多，则降低粘度的作用最大
B. [SiO4]连接方式已接近岛状，四面体基本上靠R－O键相连，R+半径越大，R－O键力越弱
C. 因rLi+ D. [SiO4]间的Si－O键是粘度的主要表征，R+半径越小，对Si－O键削弱能力越强
9．粘土的许多性能与所吸附的阳离子种类有关。
当粘土吸附下列不同阳离子后，
H＋、Al3＋、Ba2＋、Sr2＋、Ca2＋、Mg2＋、NH3＋、K＋、Na＋、Li＋，其性能的变化规律是以箭头（大®小）表示的是
A.泥浆的稳定性 B.泥浆的流动性
C. 泥浆的滤水性 D.泥浆的ζ电位
10．当液体（L）与固体（S）相接触，固体不被液体所润湿，则两相的表面张力关系应为
A.σSV－σSL<σLV B.σSV－σSL>σLV
C.σSV >σSL D.σSV <σSL
11．在不稳定扩散条件下，描述介质中各点作为时间函数的扩散物质聚积过程的菲克第二定律，其基本数学表达式为
A.
B.J=
C.
D.
四、问答与计算（共45分）
1．在组成为16Na2O·xB2O3·（84－x）SiO2的熔体中，当x<15mol%时，增加B2O3的含量，使粘度增大；当x>15mol%时，增加B2O3的含量，则反而会使粘度降低，请解释原因。
（6分）
解：
为“硼反常现象”
2．在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥（回坯泥中含有少量石膏屑CaSO4），结果使泥浆变稠，为什么？
欲降低泥浆粘度应采取什么措施？
（7分）
解：
有CaSO4存在时，离子交换反应为：
使反应不完全，η↑，泥浆变稠。
欲降低泥浆粘度应加入适量的BaCO3，离子交换反应则为：
即离子交换反应完全，形成流动性好的Na－粘土。
注意：
BaCO3过多，形成Ba－粘土，流动性更差；
BaCO3过少，不能完全消除SO42－的影响。
3．氧化锂（Li2O）属反萤石结构，其晶格常数a=0.379nm，离子半径rLi＋=0.068nm，rO2－=0.134nm，
（1）计算Li2O晶体的空间利用率；
（2）计算Li2O晶体的密度；（3）若有5mol％SrO溶入Li2O中形成置换型固溶体，计算固溶体的密度（已知：
原子量 Li 6.94 O 16.00 Sr 87.62）（10分）
解：
（1）空间利用率＝
（2）密度＝
（3）
Li2-2xSrxO x=0.05 Li1.9Sr0.05O
则：
密度＝
4．MgO与Al2O3固相反应生成MgAl2O4是由扩散控制的加成反应。
（1）反应时什么离子是扩散离子，请写出界面反应方程；
（2）若用过量的Al2O3粉包围MgO球形颗粒，在实验温度不变的情况下，3小时内有30％的MgO被反应形成MgAl2O4，计算完全反应所需要的时间。
（3）为加快反应进程可采取哪些有效措施？
（10分）
解：
（1）Mg2＋、Al3＋是扩散离子，界面反应方程为：
3Mg2＋＋4Al2O3→3MgAl2O4＋2Al3＋
2Al3＋＋4MgO→MgAl2O4＋3Mg2＋
（2）根据金斯特林格方程：
t=3h，G=0.3 得：
K＝3.88×10－3
当G＝1时，t＝86h
（3）为加快反应进程可采取的有效措施：
1）使反应物粒径细小而均匀；
2）加少量矿化剂；
3）提高反应温度；
4）增加反应物活性，如采用MgCO3、Al（OH）3作为原料，低温煅烧。
5．如图为ABC三元系统相图。
（1）说明化合物D与F的性质；
（2）划分三角形，判断各三元无变量点P、Q、R、S的性质，并写出相平衡方程；（3）用箭头标出DABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质；（4）写出熔体M析晶过程的相平衡表达式，并计算液相组成点刚达到S点时，各相的百分含量（用线段表示）；（5）画出AB、BC二元系统相图，并注明相区；（6）若熔体组成点在DABC内任意点，最后析晶产物能否获得D及F，为什么？
（12分）
解：
（1）化合物D：
高温稳定、低温分解二元化合物；
化合物F：
低温稳定、高温分解二元不一致熔融化合物。
（2）P：
对应DAFC，单转熔点；
R：
对应DAFB，低共熔点；
Q：
对应直线BFC，双降点形式过渡点；
S：
对应直线ADB，双升降点形式过渡点。
（3）转溶线：
PQ、e2S。
（4）析晶路线如图所示，析晶过程表达式为：
液相组成点刚达到S点时，各相的百分含量为：
液相L％＝bM/bS×100％；
固相A％＝SM/bS×bD/AD×100％；
固相D％＝bM/bS×Ab/AD×100％。
（5）如图所示。
（6）若熔体组成点在DABC内任意点，最后析晶产物能得到F，不能得到D，因为没有以D为顶点的副三角形。
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