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无机材料科学基础习题和思考题第一章 晶体1.球体按立方最紧密堆积方式堆积，取出立方晶胞，画出立方晶胞中的四面体空隙和八面体空隙的位置分布图。2.用鲍林规则分析氧化镁晶体结构。已知镁离子半径为0.65，氧离子半径为1.40。（1） 确定晶胞中质点的位置坐标；（2） 计算每个晶胞中含氧化镁“分子”数，（3） 已知晶胞常数a=4.20 ，求氧化镁堆积系数和密度，（4） 氧化镁晶体中最邻近的两个镁离子中心距为多少？次邻近的两个镁离子中心距为多少？最邻近和次邻近的两个氧离子中心距为多少？（5） 画出氧化镁晶胞的（111）、（110）、（100）面的质点分布图并在图上标出氧离子的密排方向，求个面的面密度。3已知纤锌矿结构中存在两套硫离子和两套锌离子的六方底心格子，并已知锌离子填充在硫离子最紧密堆积体的四面体空隙中，现以一套硫离子的等同点为基准取六方晶胞，画出晶胞中的质点分布图，计算晶胞中所含式量分子数。4完成下表氧化物名称结 构类 型晶 胞形 状氧离子堆积方式正离子填隙情况正离子配位多面体形状多面体最多共用顶点数结构中氧的配位数Li2O Na2O K2OMgOCaO SrOBaOBeO闪锌矿型纤锌矿型Al2O3刚玉型ZrO2CeO2ThO2UO2萤石型TiO2金红石型5. 六方最紧密堆积与四方最紧密堆积的堆积密度相同，为什么许多氧化物是以氧离子的立方最紧密堆积为基础，而较少以六方最紧密堆积为基础？6. 用鲍林规则分析镁橄榄石的结构：P48 图2-18（1） 标记为50的Mg2+与哪几个氧离子配位形成MgO6八面体？写出O2+ 的标高；（2） 标记为25的两个O2+与哪几个镁离子配位？写出Mg2+离子的标高；（3） 标记为75的O2+ 离子与哪几个镁离子配位？写出Mg2+离子的标高；（4） 标记为0和50的两个Mg2+ 的MgO6 八面体共用几个顶点？写出O2+ 的标高；（5） SiO4 和 MgO6 之间、MgO6和MgO6 八面体之间有那些连接方式？（6） 镁橄榄石的晶胞是什么形状？计算晶胞中含有的式量分子数。第二章 晶体缺陷1.氧化镁为氯化钠型结构，氧化锂为反萤石型结构，在两种结构中氧离子都作立方最紧密堆积，为什么在氧化镁中主要的热缺陷是肖特基型，而在氧化锂中却是弗伦克尔型？萤石型结构的氧化物晶体中常见的热缺陷估计主要是什么类型？为什么？2.已知氯化钠晶体中肖特基缺陷形成焓为2.2ev，而氧化镁晶体中肖特基缺陷形成焓为6ev，试分别计算400时氯化纳晶体与氧化镁晶体中肖特基缺陷的浓度。3.在氧化镁晶体中肖特基缺陷形成焓为6ev，如果该晶体中含有百万分之一摩尔分数浓度的氧化铝，问1600时氧化镁晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？4.富氏体具有氯化钠型结构，是由低价铁与高价铁的氧化物形成的固溶体。当富氏体中铁含量为76.08（wt）%、氧含量为23.92（wt）%时，测得密度值为5.63g/cm3，又由x射线分析测得其晶胞常数ao为4.282，问富氏体是间隙型固溶体还是缺位型固溶体？5.非化学计量化合物Zn1+XO与UO2+X的密度随氧分压如何变化？为什么？6.推测氟化镁和氧化钾溶入氧化镁晶格中可能形成什么类型固溶体？分别写出其固溶体形成的缺陷反应式。若在氧化镁晶格中同时固溶氟化镁和氧化钾，已知氟化镁的摩尔分数浓度为0.12，氧化钾的摩尔分数浓度为0.15，写出固溶体的化学式。7.为什么热缺陷在热力学上是稳定的？位错在热力学上是否稳定？位错会不会自发产生？为什么？8.将TiO2固溶到MgO中，按最可能的形成类型写出固溶体形成的缺陷反应式，说明理由。设固溶体中TiO2的摩尔分数浓度为0.08，写出固溶体的化学式。9.将MgO固溶到Al2O3中，按最可能方式写出下列固溶体形成的缺陷反应式，说明理由。设固溶体中Al2O3的摩尔分数浓度为0.06，写出固溶体的化学式。10.CaO固溶于Na2O中（已知Ca原子的原子量为40.08，Ca2+离子的半径为0.99）（1） 写出所有可能类型的固溶体形成过程缺陷反应式；（2） 设CaO在固溶体中的摩尔分数浓度为0.15，写出所有可能类型固溶体的化学式；（3） 设固溶前后晶胞体积不变，按形成缺位型固溶体求固溶体的密度。11.Y2O3固溶于ZrO2中(已知Y原子的原子量为88.91，Y3+离子的半径为0.92)（1） 写出所有可能类型的固溶体形成过程缺陷反应式；（2）设Y2O3在固溶体中的摩尔分数浓度为0.06，写出所有可能类型固溶体的化学式；（2） 设固溶前后晶胞体积不变，按形成缺位型固溶体求固溶体的密度。第三章 熔体与玻璃体1.图示Na2O-B2O3-SiO2熔体随Na2O含量的增加粘度的变化情况。从熔体结构的变化说明粘度变化的原因。 2.为什么-石英的熔点比-方石英低？3.SiO2熔体的粘度在1000时为1015dPaS，在1400时为108dPaS，SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得，若在恒容下获得，你认为活化能会改变吗？4.如果熔体R2O-RO-Al2O3-B2O3-SiO2中，=（R2O+RO-Al2O3）/B2O3 ，试讨论当 1、 = 1、0 1、 = 0、 固相的自由焓？固体和液体的自由焓为什么都随温度T的升高而降低？为什么液体的自由焓随温度T的升高而下降的比固体快？5.讨论核化速率与过冷度以及生长速率与过冷度的关系。6.将氧化物AO- SiO2的混合物熔融，并按下列不同的四种方式冷却进行观察时，得到下列不同的结果：迅速冷却，此时无结晶迹象，单相存在。熔融1h，并在冷却时，在液相线下80保温1h，在迅速冷却，观察发现从表面结晶，测出的初晶相是SiO2,并且存在玻璃相。熔融3h后冷却，在液相线以下80保温2h，再迅速冷却，观察发现从表面结晶，初晶相是化合物AO和SiO2并有玻璃相。熔融2h后，迅速冷却到液相线以下200保温1h，再迅速冷却，无结晶现象，但所得到的玻璃呈云雾状。 试分析出现不同结果的原因。第十章 硅酸盐矿物1. 简要说明高岭石、叶腊石、蒙脱石、滑石、白云母、伊利石的结构异同点。2.描述珍珠云母CaAlAl2SiO10(OH)2 的结构。3.硅酸盐晶体结构可以有SiO4四面体共顶连接成链状、环状、层状、架状结构，在磷酸盐以及硫酸盐中虽然也有相似的四面体却为什么常常是孤岛状的结构？AlPO4 又为什么具有与石英类似的结构？第十一章 坯体制备与成型的理论基础1.在H-粘土泥浆中加入电解质进行阳离子交换:（1） 为什么电位随电解质加入量的增加先升到极值点而后降低？（2）为什么曲线极值点随电解质中阳离子电价的升高而移向电解质低浓度一侧？（3）为什么极值点的高度随电解质阳离子电价的升高而降低？2.一个均匀的悬浮液，粘土浓度为30Vol%，薄片状粘土颗粒尺寸是平均直径0.1um，厚度0.01um，求颗粒间平均距离是多少？3.如果将NaOH和NaCl混合液逐渐加入到一种H-粘土的泥浆中去，最初产生絮凝现象，再加入时又转变为胶体溶液，加入更多时，又重新絮凝，说明原因。4.对H-粘土或Ca粘土配制的泥浆采用NaOH做稀释剂是否合适。为什么？ 5.试解释粘土结构水，结合水（牢固结合水，松结合水），自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。6.粘土水系统中很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下列不同阳离子后性能变化规律，说明理由。 H+ 、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+、Li+第十二章 固相反应1.如果某个体系中固相反应有n个产物，A1、A2、An，其相应反应的自由焓变化G1G2Gn, 由此能否判断最初产物是A1且最终产物当中A1的含量最大？2. MgO与SiO2发生固相反应，写出初期MgO与SiO2在反应物与产物层界面反应式，用示意图表示出下列各种情况下反应示意进程图。（1）摩尔比MgO/SiO2=1：1（2）摩尔比MgO/SiO2=2：1（3）摩尔比MgO/Si O2 1（4）摩尔比MgO/SiO2 2（5）摩尔比MgO/SiO2=123.用过量的MgO 颗粒包裹粒径1m的Al2O3颗粒，在恒定温度下，第一小时有20%Al2O3反应生成MA，还要多长时间Al2O3才能完全作用完。分别按杨德尔方程和金斯特林格方程计算，比较结果，分析原因。4.假设Al2O3、SiO2粉料生成莫来石为扩散控制过程，如何证明。固相反应Q=209kj/mol,在1400时1小时内反应完成10%，在1500时1小时，反应进行到什么程度？在1500时4小时又将完成多少？5.设Na2CO3与SiO2的反应属扩散控制过程。800K时，SiO2反应一半用250分钟；1000K时，SiO2反应一半用200分钟，计算1200K时，SiO2反应一半用多长时间。计算结果说明什么问题？6.如果要合成MgAl2O4，可提供的原料有MgCO3（650分解）、Mg（OH）2（450分解）、MgO、Al2O33H2O、-Al2O3、-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料好。说明原因。第十三章 烧结1.为什么在烧结初期将颗粒之间的接触颈部作为主要矛盾来分析？2.如何求烧结初期的烧结活化能？设计实验步骤。3.致密化和晶粒生长是怎样相互影响的？4.Al2O3陶瓷通过固相烧结而制成，分析其烧结时的传质机理。通常可采用外加剂来促进烧结，选择外加剂的原则是什么？为什么？5.在氢气中可将添加氧化镁的氧化铝烧成透明