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武汉科技大学课程名称：硅酸盐物理化学说明：1. 适用专业：无机非金属材料2. 可使用的常用工具：计算器、铅笔、三角尺、橡皮3. 答题内容除题中有要求外，全部写在答题纸上。一、填空：（20分）1. 晶体的热缺陷有 （1） 和 （2） 两类。热缺陷浓度与温度的关系式为 （3） 。2. 粘土荷电原因主要由 （4） 、 （5） 和 （6） 引起。3. 属于固相烧结的典型传质有 （7） 和 （8） 两种，液相烧结的典型传质有 （9） 和 （10） 。这四种传质颈部增长X/r与烧结时间关系分别为 （11） 、 （12） 、 （13）和 （14） 。4. 硅酸盐矿物：顽火辉石Mg2Si2O6、绿宝石Be3Al2Si6O18、镁橄榄石Mg2SiO4、石英SiO2、叶腊石Al2Si4O10（OH），属于层状结构的是 （15） ，属于链状结构的是 （16） ，属于岛状结构的是 （17） 。5. 在硅酸盐熔体中，当RO/Si增高时，相应熔体的组成与性质也发生变化，则非桥氧百分数 （18） ，低聚物数量 （19） ，熔体粘度 （20） 。二、名词解释：（30分）1. 晶粒极限尺寸和晶粒平均尺寸2. 均匀成核与非均匀成核3. 连线规则与切线规则4. 晶子假说与无规则网络假说5. 热力学势函数2005年硕士学位研究生入学考试试题三、简述最紧密堆积原理。已知：0.39 ，0.66 ，1.32 ，以鲍林规则分析镁橄榄石Mg2SiO4晶体的结构。（15分）四、测定了含有一个固态氧化物、一个固态硫化物和一个液态硅酸盐的显微结构，有以下的两面角： (a) 两个硫化物颗粒之间的氧化物是112；(b) 两个硫化物颗粒之间的液体是60；(c) 两个氧化物颗粒之间的硫化物是100；(d) 一个氧化物和一个硫化物之间的液体是70。假如氧化物和氧化物之间的界面能是0.9 J/m2，求其它界面能是多少？（10分）五、某物质从熔体冷却而结晶。应用Christain方程式计算结晶完成的分数。已知：n3，K10-3 /s3，求t1秒和5秒时的结晶分数。（10分）六、试推导杨德尔方程： ，并说明它的局限性。（20分）七、已知：Al（l）O2（g）Al2O3（s） G026780051.2T （cal/mol）2Mg（g）O2（g）2MgO（s） G034150092.6T （cal/mol）计算讨论：(a) 1400K时，能否用镁质耐火材料（MgO）冶炼Al？(b) 1900K时，能否用镁质耐火材料（MgO）冶炼Al？（20分）八、有一个三元相图A-B-C。（a）标明各条界线的性质（共熔用单箭头，转熔用双箭头）。（b）写出E、F、G、H点的性质及相变式。（c）分析M点的析晶路程，写出刚达析晶结束点各相含量。武汉科技大学2006年硕士研究生入学考试试题 课程名称：硅酸盐物理化学说明：1. 适用专业：无机非金属材料。2. 可使用的常用工具：计算器、铅笔、三角尺、橡皮。3答题内容除题中有要求外，全部写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。一、填空（20分）1. 在AB2O4型尖晶石结构中，若以氧离子作为立方紧密堆积排列，在正尖晶石结构中A离子占有_空隙，B离子占有_空隙。而在反尖晶石结构中A离子占有_空隙，B离子占有_空隙。2. 将界线上某一点所做的切线与相应的两固相组成点的连线相交，如果交点在_上，则表示界线上该处具有_性质；如果交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有_性质，远离_的晶相被回吸。3. 为了表征硅酸盐网络结构特征及便于比较玻璃的物理性质，引入的玻璃的四个基本结构参数X、Y、Z、R的物理意义分别为：_ _ _、_ _、_ _、_ _。4. 不存在化学位梯度时质点的扩散过程称为_扩散，仅仅由本身点缺陷作为迁移载体的扩散称为_扩散，非热能引起的扩散称为_扩散，沿表面发生的扩散称为_扩散。5. 液相烧结与固相烧结的四种基本烧结机理分别为_ _ _ 、_ _、_ _、_ _。二、名词解释（30分）1. 结构水与结合水2. 一致熔融化合物与不一致熔融化合物3. 稳定扩散与不稳定扩散4. 一级相变与二级相变5. 理论密度与相对密度三、MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，（a）计算球状离子所占有的空间分数（堆积系数）。 （b）计算MgO的密度。（20分）四、已知：2C(s)+O2(g)=2CO(g) Go1= -232500-168.0T (J/mol)Si(l)+O2(g)=SiO2(s) G02=-946770+198.6T(J/mol) 求在一个标准大气压下，碳与SiO2的开始反应温度（T开）；如果外界压力变化至0.1个标准大气压，碳与SiO2的开始反应温度为多少？并根据计算结果说明减小压力，碳的还原能力将如何变化？（20分）五、试根据Fick第一定律推导Fick第二定律，并说明它的物理意义。（15分）六、如图所示是三元相图A-B-C的A-B-S初晶区部分。（1）说明化合物S的性质；（2）分析M点析晶路程，并在图上标明液相、固相的变化路径；（3）用阴影线标明在该相图内可能发出穿越相区的组成点范围。（30分）七、在1500时，MgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1h内从1m直径长大到10m。如已知晶界扩散能为251.21kJ/mol，试预测在1600保持4h后晶粒的大小，并估计杂质对MgO晶粒生长速率有什么影响，为什么？（15分）武汉科技大学2006年硕士研究生入学考试试题标准答案 课程名称：硅酸盐物理化学说明：1. 适用专业：无机非金属材料。2. 可使用的常用工具：计算器、铅笔、三角尺、橡皮。3答题内容除题中有要求外，全部写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。一、填空（20分）6. 在AB2O4型尖晶石结构中，若以氧离子作为立方紧密堆积排列，在正尖晶石结构中A离子占有 四面体 空隙，B离子占有_八面体_空隙。而在反尖晶石结构中A离子占有_八面体_空隙，B离子占有_1/2四面体和1/2八面体_空隙。7. 将界线上某一点所做的切线与相应的两固相组成点的连线相交，如果交点在_连线_上，则表示界线上该处具有_共熔_性质；如果交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有_转熔_性质，远离_交点_的晶相被回吸。8. 为了表征硅酸盐网络结构特征及便于比较玻璃的物理性质，引入的玻璃的四个基本结构参数X、Y、Z、R的物理意义分别为：_每个多面体中非桥氧离子平均数 _、_ 每个多面体中桥氧离子平均数 、 每个多面体中氧离子平均总数 、 玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比 。9. 不存在化学位梯度时质点的扩散过程称为_无序_扩散，仅仅由本身点缺陷作为迁移载体的扩散称为_本征_扩散，非热能引起的扩散称为_非本征_扩散，沿表面发生的扩散称为_表面_扩散。10. 液相烧结与固相烧结的四种基本烧结机理分别为_ 流动传质 、_溶解沉淀传质_、_蒸发凝聚传质_、_扩散传质_。二、名词解释（30分）6. 结构水与结合水：结构水（以OH-基形式存在于晶格结构内的水）与结合水（粘土颗粒吸附着完全定向的水分子层和水化阳离子，这部分与胶核形成一个整体，一起在介质中移动，这种水称为牢固结合水；牢固结合水外定向程度较差的水为松结合水）7. 一致熔融化合物与不一致熔融化合物：一致熔化合物（固相到达某一温度全部熔融为液相）与不一致熔化合物（固相到达某一温度部分熔融为液相加上另一个固相）8. 稳定扩散与不稳定扩散：稳定扩散（扩散质点浓度分布不随时间变化的扩散）与不稳定扩散（扩散质点浓度分布随时间变化的扩散）9. 一级相变与二级相变：一级相变（一级相变时两相化学势相等但是化学势的一阶偏微商不相等，发生相变时有潜热和体积的变化；，）与二级相变（二级相变两相化学势相等，化其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等；发生相变时无潜热和体积的变化，但有热容、膨胀系数和压缩系数的变化；，）10. 理论密度与相对密度：理论密度（按照化学组成计算出来的密度）与相对密度（实际体积密度与理论密度之比）三、MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，（a）计算球状离子所占有的空间分数（堆积系数）。（b）计算MgO的密度。（20分）解：（a）MgO具有NaCl结构，属于面心立方，每个晶胞中含有4个MgO分子，故MgO单胞所占体积为： 因为和离子在面心立方上的棱边上接触，所以MgO晶胞常数为：（b）四、已知：2C(s)+O2(g)=2CO(g) G01= -232500-168.0T (J/mol) （1）Si(l)+O2(g)=SiO2(s) G02= -946770+198.6T(J/mol) （2）求在一个标准大气压下，碳与SiO2的开始反应温度（T开）；如果外界压力变化至0.1个标准大气压，碳与SiO2的开始反应温度为多少？并根据计算结果说明减小压力，碳的还原能力将如何变化？（20分）解：（1）由（1）式（2）式得：SiO2(s) +2C(s)= Si (l)+ 2CO(g) G03=714270-366.6T(J/mol)令G030，则T1948K1675。（2）如果外界大气压降为0.1个标准大气压，则由（1）式（2）式得：SiO2(s) +2C(s)= Si (l)+ 2CO(g) （1atm） G03=714270-366.6T(J/mol)CO（1atm）CO（0.1atm） GRTln（0.1）2SiO2(s) +2C(s)= Si (l)+ 2CO(g)（0.1atm） G=714270-366.6T+ RTln（0.1）2 (J/mol)令G0，则T1764K1491。五、试根据Fick第一定律推导Fick第二定律，并说明它的物理意义。（15分） 见教材P229六、如图所示是三元相图A-B-C的A-B-S初晶区部分。（1）说明化合物S的性质；不一致熔三元化合物（2）分析M点析晶路程，并在图上标明液相、固相的变化路径；（见图）（3）用阴影线标明在该相图内可能发出穿越相区的组成点范围。（30分）（见图）七、在1500时，MgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1h内从1m直径长大到10m。如已知晶界扩散能为251.21kJ/mol，试预测在1600保持4h后晶粒的大小，并估计杂质对MgO晶粒生长速率有什么影响，为什么？（15分） 解：A2.5410916004小时，晶粒正常生长，G31.63m16004小时，晶粒不正常生长，G10m武汉科技大学2007年硕士研究生入学考试试题参考答案 考试科目代码及名称： 406硅酸盐物理化学 共 5 页说明：1. 适用招生专业： 无机非金属材料 2. 可使用的常用工具：计算器、铅笔、三角尺、橡皮。3答题内容除第七题相图部分可直接在试卷上作答外，其余各题全部写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。4.考试时间3小时，总分值150分。一、选择（20分）1. 尖晶石（MgAl2O4）型晶体中， O2作面心立方紧密堆积，Mg2+填入了（ B ）。（A）1/2的四面体空隙 （B）1/8的四面体空隙（C）1/2的八面体空隙 （D）1/8的八面体空隙2. 硅酸盐晶体结构分为（ C ）类（A）3 （B）4 （C）5 （D）63. 层状硅酸盐晶体结构的Si：O为（ B ）。（A）1：4 （B）4：10 （C）1：2 （D）1：34. 扩散传质初期。颗粒中心距与时间的（ A ）成正比。（A）1/5 （B）2/5 （C）1/3 （D）2/35. 液固相变时，非均匀成核位垒与接触角有关，成核位垒降低一半时为（ C ）。（A）0 （B）45 （C）90 （D）1806. 粘土颗粒周围吸附着定向水分子层和水化阳离子，这部分水称为（ B ）。（A）结构水 （B）结合水 （C）自由水 （D）吸附水7. UO2晶体中，O2-的扩散是按（ B ）机制进行的。（A）空位 （B）间隙 （C）掺杂点缺陷（D）其它8. 润湿的本质是异相接触后体系的（ C ）。（A）密度下降 （B）热力学稳定性下降 （C）表面能下降 （D）硬度下降9. 分析相图界线性质时所适用的规则是（ D ）。（A）温度最高点规则 （B）重心规则 （C）杠杆规则 （D）切线规则10. 离子晶体中阴阳离子的半径比在0.2250.414区间时，阳离子的配位多面体的形状为（ D ）。（A）立方体 （B）八面体 （C）等边三角形 （D）四面体二、名词解释（30分）11. 网络形成体与网络变性体（单键强度335KJ/mol的氧化物为网络形成体；单键强度250KJ/mol的氧化物为网络变性体）12. 交叉位与共轭位（处于三角形某条边的外侧，且在另外两条边的延长线范围内的点，所处的位置称为交叉位；处于三角形某个顶角的外侧，且在形成此顶角的两条边的延长线范围内的点，所处的位置称为交叉位）13. 本征扩散与非本征扩散（由于原子本征热振动产生的扩散称为本征扩散；由外来原子或离子进入晶体而产生缺陷导致的扩散称为非本征扩散）14. 玻璃析晶与玻璃分相（玻璃或者熔体冷却时，形成稳定的晶核，并成核长大的过程叫玻璃的析晶；一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内分解为两个互不溶解或者部分溶解的玻璃相并相互共存的现象称为玻璃的分相）15. 液相烧结与固相烧结（固体粉末体的烧结过程称为固相烧结，有液相参加的烧结过程称为液相烧结）三、已知=0.066nm，0.132nm，0.057nm。试根据最紧密堆积原理和鲍林规则分析尖晶石MgAl2O4晶体的结构。（20分）解：球体堆积越紧密，堆积密度越大，空间利用率越高，系统的内能也越小，结构越稳定，称为球体最紧密堆积原理。鲍林第一规则：，配位数CN6，但是由于正离子相互影响，CN4，Mg2+填入四面体间隙，形成MgO4四面体；，配位数CN6，Al3+填入八面体间隙，形成AlO6八面体；鲍林第二规则：SAl-O3/61/2，SMg-O=2/4=1/2,每个O2-离子的电价由四个正离子提供，其中三个为Al3+，一个为Mg2+，即三个AlO6八面体与一个MgO4四面体共顶连接；鲍林第三规则：AlO6八面体共棱连接，AlO6八面体与MgO4四面体共顶连接；鲍林第四规则：MgO4四面体是高电价低配位，互不连接，AlO6八面体是高电价高配位，共顶连接；鲍林第五规则：MgAl2O4晶体中没有其他正离子，故Mg2+总是形成MgO4四面体，Al3+总是形成AlO6八面体。四、已知1527时，；。试问AlN陶瓷在该温度下在空气中是否会发生氧化？（20分）解：化学反应方程式为：2AlN(s)+1.5O2(g)=Al2O3(s)+N2(g)1800K时，Go=GoAl2O3-2GoAlN-860666J。； =0.79，0.21，带入上式，有：G=-829164J0，说明反应可以发生，AlN陶瓷在1800K在空气中会发生氧化。五、试推导扩散系数的一般热力学关系：，并解释热力学因子的物理意义。（15分）解：假设一个多元体系中，i组分的质点沿x方向扩散所受到的力等于该组分化学位在x方向上梯度的负值： 相应的质点运动平均速度正比于作用力： 式中Bi为组分i的平均速率或者淌度；此时组分i的扩散通量Ji等于单位体积中该组分质点数Ci和质点移动平均速度的乘积： 带入可得用化学位梯度描述扩散的一般方程式： 若研究体