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固体化学复习题1 什么是固体化学？ 固体化学是研究固体物质的制备、组成、结构、性质和反应的化学分支学科。它是无机化学、固体物理、晶体结构和材料科学等多门学科的交叉领域，已成为当前无机化学学科中一个十分活跃的新兴分支学科。2 固体化学的研究内容是什么？ (1) 固体中的缺陷平衡； (2) 固体中的扩散； (3) 固相化学反应。3 按照材料的化学组成来分类，固体材料可以分成哪几类？ 金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。4 按照材料的使用性能来分类，固体材料可以分成哪几类？ 结构材料：主要使用材料的力学性能； 功能材料：主要使用光、电、磁、热、声等功能特性。5 按照材料组成的有序程度来分类，固体材料可以分成哪几类？晶态：固体具有长程有序的点阵结构，如氯化钠、硫化锌、砷 化锌等，其中的组成原子或基元是处于按一定格式空间 排列的状态。 非晶态：固体的结构类似液体，只在几个原子间距的量程范围内 或者说原子在短程处于有序状态，而长程范围原子的排 列没有一定的格式，如玻璃和许多聚合物。 6 按照材料中原子结合力本质来分类，固体材料可以分成哪几类？ 离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体、氢键晶体。7 举例说明何谓共价晶体？何谓分子晶体？二者在电学性质上有什么本质的区别？ 共价晶体：组成原子之间靠共价键结合，键有方向性和饱和性，如硅、InSb、PbTe。 分子晶体: 组成分子之间靠范德华力结合，键能低。如Ar, H2、CO2。8 简述石墨晶体中化学键的成键方式。 石墨晶体具有层状结构。每一层内的每个碳原子中的三个电子与邻近的三个碳原子以共价键结合，组成片状六角形的平面蜂巢结构，另一个价电子则为该层内所有碳原子所共有，形成金属键；层与层之间则以范德华力相互作用。因此，石墨晶体中既包含有共价键，又包含有金属键和范德华力，从而使得石墨表现出固体物质的多重性质：质地柔软光滑、容易磨碎、密度小、熔点高、不透明、有光泽和导电率高。 9 当今导致重大科学与技术进步的五大实验技术手段是什么？ 激光技术、核磁共振、同步辐射、质谱、超高压技术。10.什么是组合化学？ 组合化学(Combinatorial Chemistry)特点为可以一次性成批量获得很大数量的类似化合物一化合物库（chemical library）以供高通量筛选，寻找先导化合物。采用这种方法，可以大大增加寻找具有特殊功能新化合物的机会。11 什么是软化学合成？ 软化学合成方法：它力求在中低温或溶液中使反应起始物在分子状态上均匀混合，进行可控的反应步骤，经过生成前驱体或中间体，最后生成具有指定组成、结构和形貌的材料。12 生物无机化学的研究内容是什么？ 生物无机固体化学是生命科学、材料科学和固体化学的新兴交叉学科，它研究在生物体系中无机矿物的结构、性质与功能之间关系，以及阐明生物矿化过程的机理。 13 下列坩埚的最高工作温度分别是多少？a.Pt 1770 C ; b. Au 1063 C ; c. Ag 960 C ; d.Ir 2450 C ; e. Al2O3 1950 C; f. ZrO2/Y2O3 2000 C. a. 14. 在无机固相合成中，为减少离子的扩散距离，经常采用“前驱法”来进 行合成。这种方法的优点和缺点各是什么？优点：降低反应温度，稳定亚稳相，减少中间杂质相，产物 晶粒小、表面积大。缺点：起始反应物难于控制，如很难控制反应物的整比性， 有些离子在水溶液中马上发生水解和沉淀。15 简述气相传输反应和化学气相沉积法（CVD）的区别。 用于气相传输反应的试剂不参与总体的化学反应，而在CVD中，气相试剂既充当传输的作用，有参与了化学反应。16 简述高压方法在无机合成中的主要作用。稳定亚稳态；稳定阳离子的高氧化态，进而提高阳离子的配 位数；提高熔点，进而合成高温相；缩短反应时间，降低反应的 活化能。17 单晶与多晶的主要区别是什么？单晶在长程范围内具有平移周期性。18 为什么要花大力气进行单晶的合成？利用单晶可以直接完成晶体结构的测定和晶体固有物理性质 的测量。19 控制单晶大小和纯度的主要因素是什么？控制单晶大小和纯度的主要因素是成核和生长。如果成核速 度慢，而生长速度块，就会得到大的晶体。如果成核速度快于生 长速度，就会得到小的单晶，甚至多晶。20 提供何种手段来提高晶体生长的速度？关键是提高晶体的扩散系数。如果是通过由其他的相来形成 固相，就会提高晶体的扩散系数，进而提高晶体生长的速度。 如： (a) 液体 (熔体) 固体 (冷冻) (b) 气体 (蒸气) 固体 (冷凝) (c) 溶液 固体 (沉淀)21 怎样以较慢的速度来控制晶核的出现？ 利用下列中的一种或几种方法的同时使用，可以控制晶核以 较慢的速度出现： (a) 减慢熔体的冷却； (b) 温度剃度的使用； (c) 晶种的使用。 22 薄膜的主要性质是什么？ (a) 大的表面积； (b) 可以控制的几何形状； (c) 密集性； (d) 类似单晶的物理性质。23 薄膜生长的主要方法有那些？ 化学气相沉积 (CVD), 真空蒸发，激光蒸发，溅射，分子束 外延(MBE)，液相外延(LPE)。24 控制固态反应速率的三个因素是什么？ （a）反应固体之间的接触面积及其表面积; （b）产物相的成核速度; （c）离子通过各物相特别是通过产物相的扩散速度。 25 如果按物理本质来划分，主要有哪五大类鉴定手段？衍射学、化学分析、显微学、热分析和光谱学。26 衍射技术包括哪三类？X射线衍射，中子衍射，电子衍射。27 通过粉末衍射可以得到那些信息？a. 已知相数目和成分；b. 晶胞大小和晶系；c. 晶体结构；d. 晶粒大小。28 通过单晶衍射可以得到那些信息？a. 空间群和晶系；b. 晶胞大小；c. 键长和键角；d. 键的强度；e. 本征密度。 29 粉末衍射可以检测到的最低含量为多少？通常为样品总体积的0.5 5%。30 对于无机固体来说，化学分析方法主要作用是什么？ 样品的成分和定量组成。31 扫描电子显微镜（SEM）的主要用途是什么？ 确定样品的形貌和颗粒大小。32 EPMA和HRTEM分别是那种分析技术的缩写？ EPMA: Electron probe microanalysis HRTEM: High Resolution Transmission Electron Microscopy 33 TGA是那种分析技术的缩写？ 通过TGA可以获得那些信息？ TGA： Thermogravimetric AnalysisTGA用于检查不同温度下样品重量的变化。可以在以下几方面应用：a. 是否存在结晶水及其数量；b. 检测氧的含量；c. 确定化学分解反应。 34 红外和拉曼光谱主要用于什么？二者的主要区别是什么？红外和拉曼光谱主要由于检验特殊化学官能团。二者的发生 都与官能团中原子的特殊振动方式有关。红外活性与偶极矩变化 的振动有关，因此中心对称的振动模式是红外非活性的。拉曼活 性的主要选律是涉及的核的运动必须产生极化率的变化。35 发生衍射的主要辐射源有那些？a. 含有灯丝的封闭的X射线管；b. 转动的阳极；c. 同步辐射；d核反应堆；e. 电子枪。 36 分别说明以下示意图中晶体的堆积方式，并给出相应的代表符号。 bcc hcp fcc37 以下为碳的不同存在方式。分别说明碳各自采用的杂化轨道形式。 sp2 sp2 pure sp2 pure sp338 在石墨中存在那几种化学键？与前重复39 对应于下图中的几种旋转对称操作各有几个？ 4 fold 3个 3 fold 4个 2 fold 6个40 晶体中可以存在多少个晶系？ 多少个空间群？ 多少个点阵？7个晶系，230个空间群， 14个点阵。41 用于描述单位晶胞的六个基本元素是什么？ 42 四方晶系和正交晶系的主要区别是什么？Tetragonala=bca=b=g=90 Orthorhombicabca=b=g=9043 面心立方格子与简单立方格子的主要区别是什么？在面心立方格子中，所有原子都是相同的，它们分别在顶角 和面心的位置。在简单立方格子中，不同的原子分别处于顶角和 体心的位置。44 对应于图中所示晶面的Miller指数分别是什么？ 111 212 11045 简述NaCl结构的主要特点。NaCl结构也叫岩盐结构。特点如下： CCP Cl- with Na+ in all Octahedral holes Lattice: fcc Motif: Cl at (0,0,0); Na at (1/2,0,0) 4NaCl in unit cell Coordination: 6:6 (octahedral) Cation and anion sites are topologically identical 46 简述萤石结构的主要特点。 CCP Ca2+ with F- in all Tetrahedral holes Lattice: fcc Motif: Ca2+ at (0,0,0); 2F- at (1/4,1/4,1/4) & (3/4,3/4,3/4) 4CaF2 in unit cell Coordination: Ca2+ 8 (cubic) : F- 4 (tetrahedral) 47 ZnS有哪两种结构类型？ 二者各有什么特点？ 二者的主要区别是什么？ZnS有闪锌矿和纤锌矿两种结构。结构上的共同点是每四个 正四面体共用一个顶点。 闪锌矿（Blende）特点如下： CCP S2- with Zn2+ in half Tetrahedral holes (only T+ or T- filled) Lattice: fcc 4ZnS in unit cell Motif: S at (0,0,0); Zn at (1/4,1/4,1/4) Coordination: 4:4 (tetrahedral) Cation and anion sites are topologically identical 纤锌矿（Wurtzite）特点如下：HCP S2- with Zn2+ in half Tetrahedral holes (only T+ or T- filled) Lattice: Hexagonal - P a = b, c (8/3)a Motif: 2S at (0,0,0) & (2/3,1/3,1/2); 2Zn at (2/3,1/3,1/8) & (0,0,5/8) 2ZnS in unit cell Coordination: 4:4 (tetrahedral)二者主要区别： 闪锌矿：堆积方式：ccp；重复方式：ABC 纤锌矿：堆积方式：hcp；重复方式：AB48 金红石结构的主要特点。Stoichiometry = AX2 Space Group = P42/mnm (136) a = 4.4-5 angstroms c = 2.8-3.3 angstroms Atomic Positions A 2a 0, 0, 0 X 4f x, x, 0 (x0.3) Coordination Numbers/Geometry A CN=6 Axially elongated octahedral coordination XCN=3 Trigonal Planar coordination Representative Compounds* Oxides (17) - (i.e. MO2 M=Cr, Ge, Ir, Mo, Nb, Os, Pb, Ru, Sn, Te, Ti) Fluorides (7) - (i.e. MF2 M=Co, Fe, Mg, Mn, Ni, Pd, Zn) Nitrides (1) - Ti2N (Antirutile) Structurechains of edge sharing TO6 octahedra running parallel to the c-direction 49 钙钛矿结构的主要特点。Stoichiometry = AMX3 Space Group = Pm3m (221) a = 2(rM + rX) 3.5-4.5 angstroms Atomic Positions A 1b , , M 1a 0, 0, 0 X 3d , 0, 0 Coordination Numbers/Geometry ACN=12 Cuboctahedral coordination M CN=6 Octahedral coordination X CN= 2 M(Linear coordination) + 4 A (Square planar coordination) 50 尖晶石和反尖晶石结构的主要特点。SpinelStoichiometry = AM2X4 Space Group = Fd3m (227) a = 5.8 - 8.7 Atomic Positions A 8a 0, 0, 0 M16d 5/8, 5/8, 5/8 X32e x, x, x x 0.385 Coordination Numbers/Geometry A 4 Tetrahedral coordination M 6 Octahedral coordination X 4 Distorted tetrahedral coordination Spinels can be classified as either normal or inverse, depending upon the cation distribution. Normal spinels are contain A cations on the tetrahedral sites and M cations on the octahedral sites, as depicted in the description above. In contrast, the tetrahedral sites in an inverse spinel are occupied by the M cations and the octahedral sites by a 50:50 mixture of A and M cations. normal: ATM2OO4 inverse: MTA,MOO451 晶体结构中的缺陷按照几何形态分类可以分为哪几类？ 点缺陷、线缺陷、面缺陷52 点缺陷与材料的那些性质有关？ 点缺陷与材料的电学性质、光学性质以及材料的高温动力学 过程等有关。53 线缺陷与材料的那些性质有关？