无机材料科学基础综合测试3.docx
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无机材料科学基础综合测试3
测试三
一、名词解释(每小题3分,共18分)
1.同质多晶现象
2.静电键强度
3.非均态核化
4.结构驰豫
5.重构表面
6.不一致熔融化合物
二、填空(每小题2分,共20分)
1. 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_ _;填满一半四面体空隙的晶体有_ _(请各举一例)。
它们分别属于 和_ 型结构。
2. 反尖晶石的表达式可写成 ,其中 填入 的四面体空隙, 填充 的八面体空隙,单位结构内含有 个分子数。
3. 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 、 、 和 结构。
4. 已知MgO晶体的肖特基缺陷生成能为6ev,则该晶体在1600℃时的空位浓度为_________________。
5. 加ThF4到CaF2中形成间隙型固溶体,则缺陷反应方程式为 ,固溶体分子式为 。
6. 化合物TiO2-X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是________________,属于_________型非化学计量化合物,应在_________气氛下形成。
7. 晶体线缺陷中,位错线与滑移方向平行的是 ,用符号 表示,产生原因为 。
8. 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。
9. 一种玻璃的摩尔组成为30mol%Na2O·10mol%Al2O3·60mol%SiO2,则四个基本结构参数分别为Z=____________,R=____________,X=_____________,Y=_____________。
10. 三种典型离子化合物PbI2、PbF2、CaF2的比表面能分别为1.3×10-5J/m2、9.0×10-5J/m2、25.0×10-5J/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 。
三、选择(每小题2分,共22分)
1. 三元系统相图中,若存在n条边界曲线,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.在n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.某离子分合物的正、负离子半径在r+/r-=0.562,则正离子的配位数为
A.3 B.4 C.6 D.8
4.萤石(CaF2)晶体结构中,所有Ca2+作面心立方密堆积,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
5.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+
6.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
7.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
8.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
9.在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键的削弱能力越强 10.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,其性能的变化规律以箭头(大®小)表示的是 H+、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH3+、K+、Na+、Li+ 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 11.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. B. C. D. 四、计算与问答(共40分) 1.(10分)氯化铯(CsCl)结构中,已知离子半径: Cs+为0.182nm,Cl-为0.155nm;原子量: Cs为132.91,Cl为35.45。 1)请计算球状离子所占据的空间分数(即空间利用率);2)CsCl晶体的密度。 假设Cs+离子和Cl-离子沿立方对角线接触。 2.(12分)图1为Al2O3料浆ζ电位和粘度与pH值的关系,请分析该实验结果并说明在实际Al2O3陶瓷生产中的意义。 图1 3.(18分)图2为ABC三元系统相图。 (1)说明化合物D1、D2和D3的性质; (2)划分副三角形,判断各三元无变量点E、F、G、H、I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)写出组成为M熔体的析晶过程相平衡表达式,并计算液相组成点刚达到结晶结束点时所存在的各相的百分含量(用线段表示);(5)请画出AB、BC、AC二元系统相图,并注明各相区。 图2 答案三 一、名词解释(每小题3分,共18分) 1.同质多晶现象 【解】化学组成相同的物质在不同热力学条件下形成结构不同晶体的现象。 2.静电键强度 【解】正离子的电价z+除其配位数n所得的商,即S=z+/n,式中S为静电键强度。 3.非均态核化 【解】又称非本征成核,依靠相界、晶界、或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程,其相界包括容器壁、气泡、杂质颗粒或添加物(晶核剂)等与基质之间的界面,由于分相而来的界面以及空气与基质的界面(即表面)。 4.结构驰豫 【解】熔体内的质点(原子、离子或分子)在冷却到某一温度时,结构相应进行调整或重排,以达该温度时的平衡结构,同时放出热量。 5.重构表面 【解】指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内,但垂直方向的层间距与体内相同。 6.不一致熔融化合物 【解】一种不稳定的化合物,加热这种化合物到某一温度便发生分解,分解产物是一种液相和另一种晶相,二者组成与原来化合物组成完全不同。 二、填空(每小题2分,共20分) 1.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_CaO_;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 氯化钠_和__闪锌矿_型结构。 2.反尖晶石的表达式可写成B(AB)O4,其中B3+填入 的四面体空隙,(AB)5+填充 的八面体空隙,单位结构内含有8个分子数。 3.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。 4.已知MgO晶体的肖特基缺陷生成能为6ev,则该晶体在1600℃时的空位浓度为 8×10-9 。 5.加ThF4到CaF2中形成间隙型固溶体,则缺陷反应方程式为ThF4 ThCa。 。 +2FF+2Fi,,,固溶体分子式为 Ca1-xThxF2+2x 。 6.化合物TiO2-X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是 O2-空位 ,属于 缺氧型 型非化学计量化合物,应在还原性气氛下形成。 7.晶体线缺陷中,位错线与滑移方向平行地的是螺位错。 用符号“ ”和“ ”表示,产生原因为受剪切力作用。 8.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。 9.一种玻璃的摩尔组成为30mol%Na2O·10mol%Al2O3·60mol%SiO2,则四个基本结构参数分别为Z=4,R=2.25,X=0.5,Y=3.5。 10.三种典型离子化合物PbI2、PbF2、CaF2的比表面能分别为1.3×10-5J/m2、9.0×10-5J/m2、25.0×10-5J/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 三、选择(每小题2分,共20分) 1.三元系统相图中,若存在n条边界曲线,则此系统相图中能连接出的连结线数目必是(B) A.(n-1)条 B.n条 C.(n+1)条 D.数目不定 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(C) A. 个 B. 个 C. n个 D.2n个 3.某离子分合物的正、负离子半径在r+/r-=0.573,则正离子的配位数为(C) A.3 B.4 C.6 D.8 4.萤石(CaF2)晶体结构中,所有Ca2+作面心立方密堆积,F-填充(A) 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 5.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(B) 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+ 6.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(C) A.Al1.9946Ni0.005Cr0.0002O2.9975 B.Al1.9948Ni0.005Cr0.0004O3 C.Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975 D.Al1.9948Ni0.005Cr0.0002O3 7.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) A.MO0.91 B.M1.1O C.MO0.89 D.MO1.1 8.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(D) 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 9.在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(B) 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键的削弱能力越强 10.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,其性能的变化规律以箭头(大®小)表示的是(C) H+、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH3+、K+、Na+、Li+ 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 11.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(D) A. B. C. D. 四、计算与问答(共40分) 1.氯化铯(CsCl)结构中,已知离子半径: Cs+为0.182nm,Cl-为0.155nm;原子量: Cs为132.91,Cl为35.45。 1)请计算球状离子所占据的空间分数(即空间利用率);2)CsCl晶体的密度。 假设Cs+离子和Cl-离子沿立方对角线接触。 (10分) 【解】 2.图1为Al2O3料浆ζ电位和粘度与pH值的关系,请分析该实验结果并说明在实际Al2O3陶瓷生产中的意义。 (12分) 图1 【解】从图1可见,当pH从1~15时,料浆ζ电位出现两次最大值。 pH=3时,ζ电位=+183mV;pH=12时,ζ电位=-70.4mV。 对应于ζ电位最大值时,料浆粘度最低。 而且在酸性介质中料浆粘度更低。 原因: Al2O3为水溶性两性氧化物,在酸性介质中例如加入HCl,Al2O3呈碱性,其反应如下: Al2O3在酸性介质中生成AlCl2+、AlCl2+和OH-离子,Al2O3胶粒优先吸附含铅的AlCl2+和AlCl2+离子,使Al2O3成为一个带正电的胶粒,然后吸附OH-而形成一个庞大的胶团如图3(a)示。 当pH较低时,即HCl浓度增加,液体中Cl-增多而逐渐进入吸附层取代OH-。 由于Cl-的水化能力比OH-强,Cl-水化膜厚,因此Cl-进入吸附层的个数减少而留在扩散层的数量增加,致使胶粒正电荷升高和扩散层增厚,结果导致胶粒ζ电位升高。 料浆粘度降低。 如果介质pH再降低,由于大量Cl-压入吸附层,致使胶粒正电荷降低和扩散层变薄,ζ电位随之下降。 料浆粘度升高。 在碱性介质中例如加入NaOH,Al2O3呈酸性,其反应如下: 这时Al2O3胶料优先吸附AlO2-,使胶粒带负电,然后吸附Na+形成一个胶团,这个胶团同样随介质pH变化而有ζ电位的升高或降低,导致料浆粘度的降低和增高。 Al2O3陶瓷生产中应用此原理来调节Al2O3料浆的pH值,使之悬浮或聚沉。 3.图2为ABC三元系统相图。 (1)说明化合物D1、D2和D3的性质; (2)划分副三角形,判断各三元无变量点E、F、G、H、I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)写出组成为M熔体的析晶过程相平衡表达式,并计算液相组成点刚达到结晶结束点时所存在的各相的百分含量(用线段表示);(5)请画出AB、BC、AC二元系统相图,并注明各相区。 (18分) 【解】1)D1为不一致熔融二元化合物, D2为一致熔融二元化合物 D3为不一致熔融三元化合物(3分) 2)如图划分副三角形,可得: E为低共熔点,LE A+D3+C F为低共熔点,LF A+D3+D1 G为低共熔点,LG B+D3+D1 H为单转熔点,LH+D2 D3+B I为单转熔点,LI+C D2+D3 (5分) 3)DABC边上及各界线上的温降方向如图所示,其中EI和Se1为转熔线,有: EI: LEI+C D3 Se1: LE+A D1 (2分) 4)M熔体的结晶路线如图所示,析晶过程相平衡表达式为: (3分) 当液相组成点刚达到结晶结束点G时,有: 液相量%= 固相D3量%= 固相B量%= (2分)
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