无机材料科学基础综合测试2.docx

1、无机材料科学基础综合测试2测试二一、名词解释（每小题3分，共15分）1结构弛豫2阳离子交换容量3本征扩散4非均态成核5二次再结晶二、填空（每小题2分，共20分）1常用的相平衡实验研究方法有_、_和_三种。2化合物TiO2X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是_，缺陷形成反应式为_，属于_型非化学计量化合物，应在_气氛下形成。3一种玻动的摩尔组成为24molNa2O，12molAl2O3，64molSiO2，其四个基本结构参数为Z_，R_, X_, Y_，非桥氧百分数X_。4三种典型离子化合物PbI2、PbF2、CaF2的比表面能分别为130尔格/cm2、900尔格/cm2、2500尔格/

2、cm2，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_。5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_电荷；在碱性介质中边棱带_电荷。6某物质在800C时扩散系数为1010cm2/s，在1200C时为104cm2/s，则该物质的扩散活化能为_kJ/mol。7固液相变时，非均态成核势垒与接触角q有关。当q角分别为_、_和_时，（1）非均态成核势垒与均态成核势垒相等；（2）不存在非均态成核势垒；（3）非均态成核势垒为均态成核势垒的一半。8归纳起来，固相反应中相界面上的化学反应通常包括以下三个过程：_、_和_。9烧结是基于粉体颗粒间的_，以及在_作用下的_而完成致密化

3、过程。10少量添加物能促进烧结，其原因有四个：（1）_（2）_（3）_（4）_三、选择（每小题2分，共20分）1二元系统相图中，液相线平坦，这表明 A. 随温度变化，液相量变化小 B. 随温度变化，液相量变化大 C. 出现液相的温度降低 D. 出现液相的温度升高2在几个球构成的六方或面心立方最紧密堆积中，存在的八面体空隙数为 A.个B.个C.n个D. 2n个3萤石（CaF2）晶体结构中，所有Ca2+作面立方密堆积，F填充 A. 全部四面体空隙 B. 全部八面体空隙 C.四面体空隙 D.八面体空隙4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

4、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5在简单碱金属硅酸盐熔体R2OSiO2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RO键相连，R+半径越大，RO键力越弱。C. 因rLi+rNa+rk+，Li+极化能力最强D. SiO4间的SiO键是粘度的主要表征，R+半径越小，对SiO键的削弱能力越强6粘土

5、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.SVSLLVC. SVSLD. SVSL8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

6、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16Na2OxB2O3（84x）SiO2的熔体中，当x15mol%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AB间的界面能为500尔格/cm2，求：（1）在

7、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R1.987卡/molk）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

8、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pH7时l00克干粘土所吸附离子的毫

9、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。3MgAl2O4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：CaAl2Si2O8、KAl2AlSi3O10(OH)2

10、、Be3Al2Si6O18、Ca2Mg5Si4O11(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1500C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24molNa2O，12molAl2O3，64molSiO2，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 PbI2Pb

11、F2CaF2。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. (n1)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

12、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rX0.181nm，rY0.13nm，rM10.095nm，rM20.169nm，rM30.034nm，这三个化合物正离子配位数大小顺序的排列是A. M2XM1XM3Y B. M1XM3YM2X C. M2XM3YM1X D. M3YM2XM1X4钙钛矿（CaTiO3）结构中，正、负离子配位数CaTiO=1266，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0.02mo

13、l%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. Al1.9946Ni0.005Cr0.0002O2.9975B. Al1.9948Ni0.005Cr0.0004O3C. Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975 D. Al1.9948Ni0.005Cr0.0002O36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=1.11，则：其化学式为 A.MO0.91 B. M1.1O C. MO0.89 D. MO1.17多种聚合程度不等的负离子团同时并存而不是一种独

14、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R2OSiO2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RO键相连，R+半径越大，RO键力越弱C. 因rLi+rNa+rk+，Li+极化能力最强D. SiO4间的SiO键是粘度的主

15、要表征，R+半径越小，对SiO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. SVSLLVC. SVSLD. SVSL11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

16、xB2O3（84x）SiO2的熔体中，当x15mol%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，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

17、，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5molSrO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4MgO 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

18、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： 3Mg24Al2O33MgAl2O42Al3 2Al34MgOMgAl2O43Mg2 （2）根据金斯特林格方程： t=3h，G=0.3 得：K3.88103 当G1时，t86h （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

19、、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LbM/bS100； 固相ASM/bSbD/AD100； 固相DbM/bSAb/AD100。（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。