材基作业整理

1、2.8题 （1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。2.9题 在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与210，（111）与112，（110）与111，（322）与236，（257）与111，（123）与121，（102），（112），（213）， 110，111，120，321。2.10题  写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。2.16题 从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。MgO的熔

2、点为2800，NaC1为80l, 请说明这种差别的原因。2.26下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：Mg2SiO4，KAISi3O8，CaMgSi2O6， Mg3Si4O10(OH)2，Ca2AlAlSiO7。2.27根据Mg2SiO4在(100)面的投影图回答： (1) 结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接方式怎样?(2) O2-的电价是否饱和? (3) 晶胞的分子数是多少? (4) Si4+和Mg2+所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少? 2.28石棉矿如透闪石Ca2Mg5Si4O11(OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg2Si4O10(OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。2.

3、30 (1)在硅酸盐晶体中，Al3+为什么能部分置换硅氧骨架中的Si4+；(2) Al3+置换Si4+后，对硅酸盐组成有何影响? (3)用电价规则说明Al3+置换骨架中的Si4+时，通常不超过一半，否则将使结构不稳定。2.33 Si和Al的原子量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO2 及Al2O3的密度相差很大（分别为2.65及3.96）。运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。 3.7    写出下列缺陷反应式： (1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体； (2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体； (3)NaCl形成肖脱基缺陷；(4)Ag

4、I形成弗仑克尔缺陷(Ag+ 进入间隙)。3.8 MgO的密度是3.58克厘米3，其晶格参数是0.42nm，计算单位晶胞MgO的肖脱基缺陷数。3.9 MgO（NaCl型结构）和Li2O（反萤石型结构）均以氧的立方密堆为基础，而且阳离子都在这种排列的间隙中。为何在MgO中主要的点缺陷是肖脱基缺陷，而在Li2O中是弗仑克尔型。3.10  (a)MgO晶体中，肖脱基缺陷的生成能为6eV，计算在25和1600时热缺陷的浓度。(b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3杂质，则在1600时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。 3.13 非化学计量缺陷的浓度与周围气

5、氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-XO及Zn1+XO的密度将发生怎么样的变化?增大还是减小?为什么?3.21 在面心立方空间点阵中，面心位置的原子数比立方体顶角位置的原子数多三倍。原子B溶入A晶格的面心位置中，形成置换型固溶体，其成分应该是A3B呢还是A2B？为什么？3.22 Al2O3在MgO中形成有限固溶体，在低共熔温度1995时，约有18重量Al2O3溶入MgO中，假设MgO单位晶胞尺寸变化可忽略不计。试预计下列情况的密度变化。(a) 氧为填隙离子。 (b) A13+为置换离子。3.26对于MgO、Al2O3，和Cr2O3，其正、负离子半径比分别为0

6、.47、0.36和0.40，则A1203和Cr2O 3形成连续固溶体。 (a)这个结果可能吗?为什么? (b)试预计，在MgOCr2O3系统中的固溶度是有限的还是无限的?为什么?4.5 影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。4.14 影响玻璃形成过程中的动力学因素是什么？结晶化学因素是什么？试简要叙述之。4.21 以下三种物质，哪个最容易形成玻璃？哪个最不容易形成玻璃，为什么？ Na2O·2SiO2 Na2O·SiO2 NaCl4.23 若将10mol%Na2O加入到SiO2中去，计算O/Si比例是多少？这样一种配比有形成玻璃趋向吗？5.

7、6 什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。 5.18 氧化铝瓷件表面涂银后，当烧至1000时，已知 （Al2O3，固）=1J/m2； （Ag，液）=0.92J/m2， （Ag，液/Al2O3，固）=1.77J/m2，试问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？如果不能润湿，可以采取什么措施使其能润湿？5.7 在高温将某金属熔于Al2O3片上：（a）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3 J/m2，间接触角是多少？（b）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2倍

8、，试估计接触角的大小？7.2 浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行 ? 为什么 ?7.5 7.10 Zn2+在 ZnS 中扩散时，563 时的扩散系数为3×10-4cm2/s；450 时的扩散系数为1.0×10-4cm2/s ，求：    (1）扩散的活化能和D0；   (2） 750 时的扩散系数；  (3）根据你对结构的了解，请从运动的观点和缺陷的产生来推断激活能的含义；  (4）根据ZnS和ZnO相互类似，预测D随硫的分压而变化的关系。7.13 假定碳

9、在-Fe(体心立方)和-Fe（面心立方)中的扩散系数分别为：         D=0.0079exp-83600RT)cm2/s ；D=0.21exp-141284RT)cm2/s ， 计算 800时各自的扩散系数并解释其差别。8.11 何谓均匀成核？何谓不均匀成核？晶核剂对熔体结晶过程的临界晶核半径r*有何影响？8.13 铁的原子量为55.84，密度为7.3g/cm3，熔点为1593，溶化热为11495J/mol，固-液界面能为2.04×10-5J/cm2，试求在过冷度为10、100时临界晶核大小，并估计这些晶核

10、分别由多少个晶胞所组成（已知铁为体心立方晶格，晶格常数a=0.305nm）。图见教材469页9.3、由Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，扩散活化能为50千卡/摩尔，1400下，一小时完成10%，求1500下，一小时和四小时各完成多少？（应用扬德方程计算）9.5 粒径为1球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。       (1) 用扬德方程计算       (2)

11、用金斯特林格方程计算9.7 由Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在温度保持不变的条件下，当反应进行1小时的时候，测知已有15%的反应物发生了反应。       (1) 将在多少时间内全部反应物都生成产物？       (2) 为了加速莫来石的生产应采取什么有效措施？9.9 如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、-Al2O3、-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原

12、料较好？请说明原因。10.4 烧结过程是怎样产生的，各阶段的特征是什么?10.6  试就 (a) 推动力来源； (b) 推动力大小； (c) 在陶瓷系统的重要性来区别初次再结晶，晶粒长大和二次再全结晶。10.14试分析二次再结晶过程对材料性能有何种效应?晶体结构单元测验试题1、晶体是内部质点在三维空间进行（ ）的固体。2分2、晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体（ ）的重复单元。2分3、描述晶胞形状和大小的6个参数为（ ），依据晶胞参数之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为（ ）个晶系，立方晶系晶胞参数的关系是（ ）。4分4、下列晶面指数和晶向指数，书写错误的是（ ）。2分A（

13、1，2，3） B（321） C-123 D321 E100 F<100> G1.2.35、对于离子晶体而言，其晶格能定义为：1mol离子晶体中的正负离子，由相互远离的气态结合成离子晶体时所（ ）的能量。1分6、等径球最紧密堆积有（ ）和（ ）两种。六方最紧密堆积的晶胞分子数是（ ），配位数是（ ），有（ ）和（ ）空隙，它们的个数比是（ ），（ ）空隙的体积略大。8分7、当质点间的结合处于对应条件下的平衡状态时，质点间保持着一定的距离。这个距离反映了质点的（ ）。原子半径的大小与原子处于孤立状态还是处于结合状态有关。离子晶体定义（ ）等于相邻两原子面间的距离。4分8、一个原子（或离

14、子）周围同种原子（或异号离子）的数目称为原子或离子的（ ），配位数的大小由（ ）确定。4分9、极化有双重作用：（ ）和（ ）。极化会导致（ ）缩短，离子配位数（ ）；同时变形的电子云（ ），使键性由离子键向共价键过渡，最终使晶体结构类型发生变化。5分10、了解无机化合物结构时主要从结晶学角度熟悉晶体所属的晶系，晶体中质点的堆积方式，配位数、配位多面体及其连接方式，晶胞分子数，空隙填充情况及空隙利用率，键力分布等方面进行，最终建立（ ）之间的相互关系。2分11、根据书上图2.29回答：Ca2+位于立方晶胞的顶点及面心位置，形成（ ），F填充在（ ）。Ca2+离子的配位多面体是（ ）。F离子的配位

15、数是（ ），F的空隙利用率是（ ）。结构也可以看作是（ ）作简单立方堆积，Ca2+占据立方体空隙的一半。晶胞分子数为（ ）。萤石晶体在平行于111面网的方向上易发生解理，是由于（ ）。16分12、根据书上图2.33回答：（ ）离子近似地作（ ）堆积，Al3+占据八面体空隙的（ ），Al3+填充在八面体空隙的原则是（ ）。8分13、对于理想的单晶体而言，如果不存在外电场时，单位晶胞中的正负电荷中心不重合，具有一定的固有电偶极矩，这种现象称为（ ）。钛酸钙与钛酸钡都属于钙钛矿型结构，结构中都有钛、氧离子，但钛酸钙不存在自发极化现象，原因是（ ）。金红石结构中也存在钛氧八面体，但不是铁电体，原因是（

16、 ）。10分14、硅酸盐晶体按化学式中（ ）比的不同，或按结构中基本结构单元（ ）的不同，可以对其结构进行分类，结构方式有（ ）等五种方式，KAl2AlSi3O10(OH)2属于（ ）类型。4分15、硅酸盐晶体结构中，两个相邻的SiO4四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接，原因是（ ）。3分16、层状硅酸盐晶体中，单网层结构中（ ），复网层相当于（ ），所以也称为2：1层。4分17、滑石Mg3Si4O10（OH）2的复网层内是电中性的，层与层之间只能依靠（ ）来结合。高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O（即Al4Si4O10（OH）8）根据电价规则可计算出单网层中O2-

17、的电价是平衡，层间却靠氢键来结合的原因是（ ）。4分18、蒙脱石晶体加水易于膨胀，加热脱水并产生较大收缩，原因是（ ）。5分19、白云母KAl2AlSi3O10（OH）2晶体，硅氧层中有1/4的Si4+被Al3+取代，复网层（ ）电中性，所以，层间有K+进入以平衡其（ ）。2分20、a-鳞石英属六方晶系，结构中硅氧四面体组成的六节环状的硅氧层平行于（0001）面，a-鳞石英中的硅氧层与层状硅酸盐晶体中的硅氧层的区别是（ ）。5分21、钾长石为单斜晶系，钠长石为三斜晶系，结构差异的原因是（ ）。5分相平衡与相图单元测验试题1、相平衡主要研究多组分（或单组分）多相系统中相的平衡问题，即多相系统的平

18、衡状态，如（    等)如何随着影响平衡的因素变化而改变的规律。4分2、石英有7个同质多晶的变体，若它们混合在一起，系统中有（ ）个相. 2分3、系统本身没有或只有很少的气相，而外部压力实际是保持一定的，可以不考虑压力对相平衡的影响，这样的系统称为（ ）。此时，影响该系统平衡状态的外界影响因素主要是（ ）。2分*2=4分4、吉布斯相律确定了多相平衡系统中，系统的自由度数、独立组元数、相数和对系统的平衡状态能够发生影响的外界影响因素数之间的关系。相律的数学表达式为（ ）。3分5、研究凝聚系统相平衡，有二种基本方法：动态法和静态法。动态法中的差热分析的主要特点是（ ）

19、，静态法中的淬冷法的主要特点是（ ）。6分 6、根据SiO2相图回答。自然界条件下，热力学稳定的石英变体是（ ）；纯SiO2完全熔融的温度是（ ），那么制备纯石英玻璃时，其熔化温度应该是（ ）；指出一个可逆多晶转变的例子（ ）和不可逆多晶转变的例子（ ）。2分*5=10分7、分析专业二元相图的基本原则是：以（ ）化合物的等组成线为分界线，将相图分为多个分二元系统；确认无变量点的性质和等温线等。4分8、三元凝聚系统吉布斯相律的表达式为（ ）。系统的最大自由度数为3，这三个独立变量是（ ）和（ ）。由于有三个变量，所以三元系统相图采用空间中的三方棱柱体来表示。三棱柱的（ ）表示三元系统的组成，三棱

20、柱的高是（ ）坐标。2分*5=10分9、投影图上的温度表示方法有：在界线上用（ ）表示温度的下降方向，直接标注，在初晶区内用（ ）表示。2分*2=4分10、图1中，连线是（ ），界线是（ ）。界线上的温降指向是（ ），界线上的温度最高点是（ ）点。判断界线上温度下降方向的规则是（ ）。2分*5=10分11、判断图2中界线E2P的界线性质。E2F属于（ ）性质，FP属于（ ）性质。判断界线性质的规则是（ ）规则. 3分*3=9分 12、图3中，无变量点P的性质是（ ），原因是（ ），平衡特征是（ ），化合物是（ ）温稳定（ ）温分解。2分*5=10分图4图3 13、图4中，界

21、线N1N2的性质是（ ），无变量点N1的性质是（ ），平衡特征是（ ）。3分*3=9分14、如图A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：15分1）可划分（ ）个副三角形；界线E4E5上温度下降方向（ ）；界线的E1E5性质是（ ）；2分*3=6分2）化合物H 的性质（ ）；2分3）三元无变量点E2的性质（ ）；2分4）组成点M1的初晶相是（ ），结晶产物是（ ），结晶结束点是（ ）；3分5）组成点M2在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度是（ ）和完全熔融的温度是（ ）； 2分答案2.8题参考答案：解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,该晶面的米勒指数为（32

22、1）；（2）h:k:l=3:2:1,该晶面的米勒指数为（321）。 2.10题参考答案：解：（0，0，0）、（0，1/2，1/2）、（1/2，0，1/2）、（1/2，1/2，0）2.13题参考答案：解：  e=1.602×10-19，0=8.854×10-12，N0=6.022×1023   对于NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，nNa+=7，nCl-=9，n=8，r0=2.819×10-10mNaCl的晶格能为uNaCl=752KJ/mol；对于MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，n

23、O2-=7，nMg2+=7，n=7，r0=2.12×10-10mMgO的晶格能为uMgO=3920KJ/mol；uMgO> uNaCl，MgO的熔点高。2.9题参考答案：2.26解答：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。2.27解答：（1）有两种配位多面体，SiO4，MgO6，同层的MgO6八面体共棱，如59MgO6和49MgO6共棱75O2-和27O2-，不同层的MgO6八面体共顶，如1MgO6和51MgO6共顶是22O2-，同层的MgO6与SiO4共顶，如TMgO6和7SiO4共顶22O2-，不同层的MgO6与SiO4共棱，TMgO6和43SiO4共28O2-

24、和28O2-；（2）一个氧原子与三个镁氧八面体和一个硅氧四面体配位，按照电价规则氧的电价是  (2/6)*3+(4/4)*1=2  饱和  （3）Z=4 (4)Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/2。2.28解答：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个SiO4层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。2.30解答：（1）Al3+可与O2-形成AlO45-；

25、Al3+与Si4+处于第二周期，性质类似，易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于鲍林规则，只能部分取代；（2）Al3+置换Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+时，结构单元AlSiO4ASiO5，失去了电中性，有过剩的负电荷，为了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+，则O2-与一个Si4+一个Al3+相连，阳离子静电键强度=3/4×1+4/4×1=7/4，O2-电荷数为-2，二者相差为1/4，若取代超过一半，二者相差必然>1/4，造成结构不稳定。2.33解答：结构方面：

26、负离子堆积：Al2O3中，氧为最密堆积，SiO2中，氧为非最密堆积；阳离子填隙：Al2O3中，Al3+填入八面体空隙，填隙率为2/3; SiO2中， Si4+则填入四面体空隙中，填隙率为1/4；所以前者比后者密度大。多面体连接方面：按照Pauling规则：Al2O3中  (3/6)*4=2 即一个氧离子平均被4个八面体共用，因此有共棱和共面的趋势；SiO2中   （4/4）*2=2 即一个氧离子被2个四面体共用，只共顶连接，所以前者比后者的密度大。缺陷第一部分答案没有 4.5题 解：影响熔体粘度的主要因素是温度和化学组成。硅酸盐熔体在不同温度下的粘度相差

27、很大，组成不同的熔体在同一温度下的粘度也有很大差别。 硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚合程度，即随O/Si比值的上升而下降。一价碱金属中的正离子电荷少，半径大，与O2-的作用力较小，提供了系统中的“自由氧”而使O/Si比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单元，因而使活化能减低，粘度变小。4.14题解：从动力学的角度讲，析晶过程必须克服一定的势垒，包括形成晶核所需建立新界面的界面能以及晶核长大成晶体所需的质点扩散的活化能等。如果这些势垒较大，尤其当熔体冷却速率很快时，粘度增加甚大，质点来不及进行有规则排列，晶核形成和晶体长大均难以实现，从而有利于玻璃的形成。影响玻璃形成过

28、程中的结晶化学因素有：聚合阴离子团大小与排列方式，聚合程度越低，越不易形成玻璃；聚合程度越高，特别当具有三维网络或歪扭链状结构时，越容易形成玻璃。建强：元素与氧结合的单键强度越强，结晶的倾向越小，越容易形成玻璃。键型：一般来说，具有极性共价键和半金属共价键的离子才能生成玻璃。4.21题解：Na2O·2SiO2最容易形成玻璃，NaCl最不容易形成玻璃。NaCl为离子键化合物，在熔融状态以单独离子存在，流动性很大，在凝固温度靠静电引力迅速组成晶格。离子键作用范围大，又无方向性，且配位数较高，离子相遇组成晶格的几率也较高，所以一般离子键化合物在凝固点粘度很低，很难形成玻璃。SiO2为极性共

29、价键化合物，这种混合键既具有共价键的方向性和饱和性，不易改变键长和键角的倾向，促进生成具有固定结构的配位多面体，构成玻璃的近程有序；又具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，促进配位多面体不按一定方向连接的不对称变形，构成玻璃远程无序的网络结构，因此较易形成玻璃。Na2O的加入使O/Si比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单元，使体系粘度降低。Na2O·2SiO2的O/Si比值较Na2O·SiO2的小，体系粘度较大，更易形成玻璃。4.23题解：10mol%Na2O·90mol% SiO2 O/Si=（1+9*2）/9=19/92.1 查表（P18

30、9表4.12）可知，Na2O与SiO2体系形成玻璃的O/Si比值的最高限值为3.4，这里O/Si2.13.4，故有形成玻璃趋向。7.2解：扩散的基本推动力是化学位梯度，只不过在一般情况下以浓度梯度的方式表现出来；扩散是从高化学位处流向低化学位处，最终系统各处的化学位相等。如果低浓度处化学势高，则可进行负扩散，如玻璃的分相过程。7.57.107.13解：T=800+273=1073K时        D=0.0079exp(-83600/RT)=6.77×10-7cm2/s        D=0.21exp(-141284/RT)=2.1×10-8 cm2/s