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无机非答案习题
第一章 几何结晶学基础
1-1. 晶体、晶胞的概念;空间格子构造的特点;晶体的大体性质。
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,请确信单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六方双锥、和聚型中二、3、4号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴别离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、斜方双锥各晶面的要紧晶面符号。
1-5. 请写出以下聚型模型各晶面的晶面符号:
一、二、3、4。
两个对称面彼此成1)60°、2)90°、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°,能够组合成什么点群?
试在面心立方格子中画出菱面体魄子
1-7. 一晶面在X、Y、Z轴别离截得二、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必然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,在实际晶体中它们能够代表同种质点占有的位置,因此也称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确实是一个行列方向。
面网结点在平面上的散布组成面网。
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。
晶体的大体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。
晶体的大体性质要紧包括以下五点:
1).自限性(自范性),指晶体在适当条件下自发形成封锁几何多面体的性质。
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、晶棱与角顶别离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,指同一晶体的各个不同部份具有相同的性质。
因为以晶体的格子构造特点衡量,晶体不同部份质点散布规律相同,决定了晶体的均一性。
3).对称性,指晶体中的相同部份在不同方向上或不同位置上能够有规律地重复显现。
这些相同部位能够是晶面、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点。
4).各向异性,指晶体的性质因方向不同而具有不同。
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).稳固性(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、非晶态相较,晶体具有最小内能,因此也是稳固的结构。
2.答:
点群
运用组合定律
晶系
晶族
四方柱
L44L25PC
1,2,3
四方
中级
六方柱
L66L27PC
1.2.3
六方
中级
四方四面体
Li42L22P
4,5
四方
中级
斜方双锥
3L23PC
1,2,3
正交
低级
六八面体
3L44L36L29PC
5
等轴
高级
复三方三角面体
L33L23PC
1,2,3
三方
中级
四六面体
3L44L36L29PC
5
等轴
高级
三方柱
Li63L23P
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(hkl)晶面4(hkl)晶面5(hkl)晶面6(hkl)晶面7
(hkl)晶面8(hkl)
5.答:
60°L33P
90°L22P
45°L44P
30°L66P
6.答:
90°3L2
60°L33L2
45°L44L2
30°L66L2
7.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
1-1.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。
1-2.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)。
1-3.金属钼具有BCC结构,其晶格常数a为,试计算钼原子的半径。
金属铬的晶格常数a为,密度为cm3,通过计算确信铬是简单立方、体心立方仍是面心立方结构。
(Cr)
1-4.在氧离子面心立方紧密堆积中,画出适合正离子填充的间隙形状和位置,并分析八面体间隙和四面体间隙数别离与氧离子数有什么关系?
1-5.比较面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的异同点。
1-6.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+正离子配位数与估量配位数是不是一致?
2)结构是不是知足鲍林规那么。
1-7.从负离子的立方密堆积动身,说明以下情形各产生什么结构类型:
1)正离子填满所有四面体间隙位置;2)正离子填满一半四面体间隙位置;3)正离子填满所有八面体间隙位置。
1-8.在萤石晶体中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。
1-9.依照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。
1-10.以下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):
CaMg[Si2O6]Ca2Al[AlSiO7]Mg[Si4O10](OH)2K[AlSi3O8]
1.答:
因素为
(1)离子的电子结构
(2)离子的晶体结构类型(3)正负离子平稳距离。
MgO的晶格能为KJmol-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)不知足多面体规那么,电价规那么可知足。
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:
CaMg[Si2O6]单链状。
Ca2Al[AlSiO7]组群状,双四面体。
Al3+离子一部份位于氧八面体间隙,另一部份位于四面体间隙。
Mg[Si4O10](OH)2层状。
K[AlSi3O8] 架状。
Al3+离子位于氧四面体间隙。
第三章 晶体的结构缺点
3-1方镁石(MgO)的密度是cm3,其晶格常数是,计算MgO中每一个晶胞中肖特基缺点的数量。
3-21)在CaF2晶体中,弗兰克尔缺点形成能为,肖特基缺点的生成能为,计算在25℃和1600℃时热缺点的浓度?
2)若是CaF2晶体中,含有百万分之一的YF3杂质,那么在1600℃时,CaF2晶体中是热缺点占优势仍是杂质缺点占优势?
请说明缘故。
3-3在下述晶体中,你以为何类缺点占优势?
1)用MgCl2搀杂的NaCl;2)用Y2O3搀杂的ZrO2;3)用YF3搀杂的CaF2;4)在一种还原性气氛中加热的WO3。
3-4试写出以下缺点方程:
1)
2)
3)
4)
3-5当ZrO2添加到Y2O3中,为维持结构的电中性,在形成置换型固溶体的同时,还产生正离子空位,写出其缺点反映方程式。
3-6高温结构材料Al2O3能够用ZrO2来实现增韧,也能够用MgO来增进Al2O3的烧结:
1)如加入%ZrO2,试写出缺点反映式和固溶体分子式;2)如加入%ZrO2和Xmol%MgO对Al2O3进行复合取代,试写出缺点反映式、固溶体分子式,并求出X值。
3-7ZnO属六方晶系,a=,c=,每一个晶胞中含有2个ZnO分子,测得晶体密度别离为、cm3,求两种情形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:
平均每一个晶胞对肖特基缺点。
2.答:
⑴T1=298K,弗兰克缺点浓度×10-24,肖特基缺点浓度为×10-31;T2=1873K,弗兰克缺点浓度×10-4,肖特基缺点浓度为×10-5;⑵T=1600℃,热缺点×10-4,杂质缺点1×10-6,热缺点占优势
3.答:
;
;
;
和
4.答:
:
①
②
③
④
5.答:
6.答:
①
②
7.答:
略
8.答:
空位浓度[
]=
第四章非晶态固体
4-1试分析阻碍熔体粘度的因素有哪些?
4-2名词说明:
晶子学说和无规那么网络学说、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下粘度的大小。
4-4有一组二元硅酸盐熔体,其R志转变规律如下,写出熔体一系列性质的转变规律:
R=2、、3、、4
游离碱含量的转变;
O/Si比的转变;
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?
什么缘故会产生硼反常现象。
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,因此
(1)粘度大。
4.答:
游离碱含量的转变增大;
O/Si比的转变增大;
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名词说明:
表面能、表面张力、吸附、接触角、晶界结构、润湿角。
5-2试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的缘故。
5-3MgO-Al2O3-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900×10-3N/m,而液体与固体的界面能为600×10-3N/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置,测试其热侵蚀的槽角为60°,求Si3N4的晶界能。
5-4生产氧化铅瓷件进程中需要镀银,已知1000℃时γAl2O3s=×10-3N/m,γAgL=×10-3N/m,γAgL/Al2O3s=×10-3N/m,问液态银可否润湿氧化铅瓷件表面?
能够用什么方式改善它们之间的润湿性?
5-5阻碍润湿成效的要紧因素有哪些?
5-6大块状的石英材料经煅烧后易于破碎,这是什么缘故?
5-7试说明晶粒之间的晶界应力大小对晶体性能的阻碍。
5-8在真空中和在空气中将云母片剥掉队再合上,会显现什么现象?
说明理由?
5-9什么是粘附功?
粘附性越好是不是就意味着粘附功越小,什么缘故?
5-101克石英当它粉碎(在湿空气中)成每颗粒半径为1μm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:
⑴900×10-3N/M
⑵1559×10-3N/M
4. 答:
θ=147°>90°,液态银不能润湿氧化铅表面,能够通过以下方式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. 略9. 略10. 答:
膜厚度为
第六章 相图及其相平稳
6-1名词说明:
凝聚系统;介稳平稳;无变量点;低共熔点;双升点;双降点;液相独立析晶。
6-2简述SiO2的多晶转变现象,说明什么缘故在硅酸盐产品中SiO2常常是以介稳状态存在。
6-3具有不一致熔融二元化合物的二元相图(图6-11所示),在低共熔点E发生如下析晶进程:
。
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(即抵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。
6-4今通过实验测得如下图的各相图,试判定这些实验结果的正确性,假设有错误,予以修正,并说明理由。
6-5已知A和B两组份组成具有低共熔点的有限固溶体二元系统(图6-17)。
试依照以下实验数据绘制概略相图:
A的熔点为1000℃,B的熔点为700℃。
含B25%的试样在500℃完全凝固,其中含.%初相SA(B)和%SA(B)+SB(A)共生体。
含B50%的试样在同一温度下凝固完毕,其中含40%初相SA(B)和60%SA(B)+SB(A)共生体,而SA(B)相总量占晶相总量的50%,实验数据均在达到平稳状态时测定。
6-6试完成以下图中的配料点1、2、3的结晶路程(说明液、固相组成点的转变及其结晶进程各时期系统中发生的相转变)。
6-7以下图所示为一个三元化合物的三元相图。
(1) 判定三元化合物N的性质;
(2) 标出边界曲线的降温方向(转熔界限用双箭头);
(3) 指出无变点K、L、M的性质
(4) 分析点1、2的结晶路程(说明液固相组成的转变及各时期的相转变)
6-8如图6-43,配合料P的液相在无变点K发生独立析晶,最终在低共熔点F终止结晶。
试问现在所取得的C3S,C2S,C3A和C12A7四种晶相的含量各为多少?
,若是在F点仍未达到平稳,残留液相可否离开F点向其它无变点继续转移?
什么缘故?
6-9如图6-43,今取配合料成份恰好如无变点h的组成,在充分平稳条件下,问:
(1) 加热该配合料,什么温度开始显现液相?
(2) 要使物料全数熔融,至少要加热到多高温度?
(3) 写出配合料加热到开始显现液相时和全数熔融时的反映进程。
6-10如图6-43,假设原始液相组成位于配合料圈内,并恰好在CaO和C3S初相区的边界曲线上:
(1) 说明此液相的结晶路程
(2) 在缓慢冷却到无变点K的温度1455℃时急剧冷却到室温,那么最终取得哪些相?
各相含量如何?
1.答:
名词说明略。
2.答:
略,提示从动力学角度说明。
3.答:
C1配料组成为A%,B%;C2配料组成为A%,B%。
4.答:
(A)B的熔点温度只有一个,两点应该重合。
(B)液相组成不该该存在范围。
(C)低共熔温度不该该是一条倾斜的直线,应该是水平的。
(D)(E)均为二元系统,P最大为3,不该该显现四相点和四相区域。
5.答:
图略,提示低共熔温度线上三点的B%别离为5%,80%,95%。
6.答:
略。
7.答:
(1)N为不一致熔融三元化合物。
(2)略。
(3)L点位于△BNC内部,为低共熔点,K点位于△ANB交叉位,为双升点,M点位于△ANC内部,为低共熔点。
(4)略。
8.答:
C3S,C2S,C3A和C12A7四种晶相的含量略,残留液相不能离开F向其它无变量点转移,因为三元系统最多存在四相,在F点已有四相。
9.答:
(1)加热该配合料,1335度开始显现液相。
(2)要使物料全数熔融,至少要加热到2570度。
(3)略。
10.答:
最终取得C3S,C2S,玻璃相。
第七章扩散与固相反映
7-1名词说明:
无序扩散、晶界扩散、表面扩散、本征扩散、非本征扩散、自扩散、互扩散、稳固扩散、不稳固扩散、扩散活化能、扩散通量。
7-2已知CaO的肖特基缺点生成能为6ev,欲使Ca2+在CaO中的扩散直至CaO的熔点(2600
℃)都是非本征扩散,要求三价杂质离子的浓度是多少?
7-3设有一条内径为30mm的厚壁管道,被厚度为的铁膜隔开。
通过管子的一端向
管内输送氮气,以维持膜片一侧氮气浓度为1200mol/m3,而另一侧的氮气浓度为100
mol/m3。
如在700℃下测得通过管道的氮气流量为×10-8mol/s,求现在氮气在铁
中的扩散系数。
7-4在二根金晶体圆棒的端点涂上示踪原子Au,并把棒的两头如下图连接。
在920℃下加热100小时,Au示踪原子的扩散散布如下图,并知足以下关系:
M为实验中示踪原子总量,求现在金的自扩散系数。
7-5试定性地分析和讨论从室温到熔融温度范围内,氯化锌添加剂(10-4mol%)对氯化纳单晶
中所有离子(Zn、Na、Cl)的扩散能力的阻碍。
7-6试从扩散介质的结构、性质、晶粒尺寸、扩散物浓度、杂质等方面分析阻碍扩散的要紧因素。
7-7依照ZnS烧结的数据测定了扩散系数,在450℃和563℃时,别离测得扩散系数为×10-4cm2/s和×10-4cm2/s。
(1)确信激活能和D0;
(2)依照你对结构的了解,试从运动的观点和缺点的产生来推断激活能的含义;(3)依照ZnS和ZnO彼此类似的特点,预测D随硫的分压而转变的关系。
7-8试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体间隙间跳跃情形并以D=λPг形式写出其扩散系数(设点阵常数为a)。
式中λ为跃迁自由程,P为跃迁概率,而г为跃迁频率。
7-9指出以下概念中的错误:
(1) 若是固体中不存在扩散流,那么说明原子没有扩散;
(2) 因固体原子每次跳动方向是随机的,因此在任何情形下扩散流量为零;
(3) 晶界上原子排列混乱,不存在空位,因此以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散;
(4) 间隙固溶体中溶质浓度较高,那么溶质所占据的间隙越多,供扩散的空余间隙越少,即Z值越小,越容易致使扩散系数的降低。
7-10以空位机制进行扩散时,原子每次跳动一次就相当于空位反向跳动一次,并未形成新的空位,而扩散活化能中却包括着空位形成能,此说法正确吗?
请给出说明。
1. 答:
略
2. 答:
×10-5mol/m3
3. 答:
D=×10-12m2/s
4. 答:
依照表中数据,以-ln
对x2作图,得一直线,求斜率K,t=360000s,D=
求D为×10-7m2/s
5. 答:
低温时,以杂质扩散为主,ZnCl2的加入对Na离子的扩散能力有扩散作用,而对氯离子的扩散能力阻碍不大,在高温条件下,本征扩散为要紧形式,ZnCl2的加入阻碍可忽略.6. 略
7. 答:
①Q=,D0=s
②质点处于其他质点作用的三位势阱中作周期性振动,假设要摆脱其他质点的束缚,必需具有克服势阱作用的能量,这部份能量称为激活能,激活能包括迁移能和缺点形成能.
③D∝PS2-1/4,硫分压越小,D越大,硫分压增大,D减小.
8. 答:
面心立方(fcc),
=
P=
D=
体心立方(bcc),D=
9. 答:
①扩散流的产生需要一个推动力,但在宏观上不存在扩散流,只要有必然温度,原子之间存在杂乱无章的自扩散.
②当有外力作用,如处于电场中,扩散流量不为零,只有在平稳状态下,扩散流量为零.
③晶界上原子所受束缚力低,其能量/振动频率弄,迁移能力强,其原子迁移到内部相党羽空位的反向扩散,不仅存在扩散,其扩散能力还比内部强.
④对扩散系数的阻碍能够忽略.
10.答:
不正确。
扩散系数是宏观值不是单个原子跳动机理的简单叠加。
第八章固相反映
8-1MgO和SiO2固相反映生成Mg2SiO4,反映时扩散离子是什么?
写出界面反映方程。
8-2MoO3和CaCO3反映时,反映机理受到CaCO3颗粒大小的阻碍。
当MoO3:
CaCO3=1:
1,MoO3的粒径r1为,CaCO3的粒径r2为时,反映是扩散操纵的;而当CaCO3:
MoO3=15:
1,r2<时,反映由升华操纵,试说明这种现象。
8-3试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
8-4当测量氧化铝-水化物的分解速度时,发此刻等温实验期间,质量损失随时刻线性增加到50%左右,超过50%时,质量损失的速度就小于线性规律。
线性等温速度随温度指数地增加,温度从451℃增大到493℃时速度增大10倍,试计算激活能,并说明这是一个扩散操纵的反映?
仍是一样反映或是界面操纵的反映。
8-5平均粒径为1μm的MgO粉料与Al2O3粉料以1:
1摩尔比配料并均匀混合。
将原料在1300℃恒温3600h后,有的粉料发生反映生成MgAl2O4,该固相反映为扩散操纵的反映。
试求在300h后,反映完成的摩尔分数和反映全数完成所需的时刻。
1.答:
扩散离子是Mg2+和Si4+,界面反映方程为:
2Mg2++SiO4 Mg2SiO4+Si4+
Si4++4MgO
Mg2SiO4+2Mg2+
2.答:
当MoO3的粒径r1为,CaCO3的粒径r2为时,CaCO3颗粒大于MoO3,反映由扩散操纵,反映速度随着CaCO3颗粒度减小而加速,当r2 3.答: 略。 4.答: 1): .由阿累尼乌斯公式: K=Aexp(-Q/RT)得: Q=RInk2/k1(T1T2/T2-T1)=In10*R*776*724/(493-451)=mol 故反映激活能为mol 2): 此反映为热分解反映,反映是在反映物与产物层的界面处进行的。 由题中所述,反映进行到必然程度后质量损失速度小于线性规律,由此可推测该反映由扩散操纵,即后期由于反映
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