湖工院材料物理化学习题集及解答

1、解释下列名词：凝聚系统，介稳平衡，低共熔点，双升点，双降点，马鞍点，连线规则，切线规则，三角形规则，重心规则。解：凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。双升点：处于交叉位的单转熔点。双降点：处于共轭位的双转熔点。马鞍点：三元相图界线上温度最高点，同时又是二元系统温度的连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如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。三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。重心规则：如无变点处于其相应副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点：如无变点处于其相应副三角形的交叉位，则该无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三角形的共轭位，则该无变点为双2、在三元系统的相图分析中，切线规则与连线规则分别是如何在相图中应用的？分析两个规则的应用原理与范围。解：切线规则用在判断三元系统相图中，各界线的性质即界线上的任一点在析晶过程中发生什么反应，是一致熔过程还是转熔过程。过界线上任一点切线，与对应的连线相交，则是低共熔过程。与延长线相交，为转熔过程。连线规则用在判断三元系统相图中，各界线上的温度变化。即连线与相应界线相交，交点是连线上的温度最低点，又是界线上的温度最高点。3、从SiO2的多晶转变现象说明硅酸盐制品中为什么经常出现介解：在573℃以下的低温，SiO2的稳定晶型为β-石英，加热至573℃转变为高温型的－石英，这种转变较快；冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆转变。如果加热速度过快，则α-石英过热而在-鳞石英在加热较快时，过热到1670℃时熔融。当缓慢冷却时，在870℃仍可逆地转变为α-石英；当迅速冷却时，沿虚线过冷，在163℃转变为介稳态的β-鳞石英，在117℃转变为介稳态的γ-鳞石英。加热时γ-鳞石英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为β-鳞石英和α-鳞石英。α-鳞石英缓慢加热，在1470℃时转变为α-方石英，继续加热到1713℃熔融。当缓慢冷却时，在1470℃时可逆地转变为α-鳞石英；当迅速冷却时，沿虚线过冷，在180～270℃转变为介稳状态的β-方石英；当加热β-方石英仍在180～270℃迅速转变为稳定状态的α-方石英。熔融状态的SiO2由于粘度很大，冷却时往往成为过冷的液相——石英玻璃。虽然它是介稳态，由于粘度很大在常温下可以长期不变。如果在1000℃以上持久加热，也会产生析晶。熔融状态的SiO2，只有极其缓慢的冷却，才会在1713℃可逆地转变为α-方石英。对SiO2的相图进行分析发现，SiO2的所有处于介稳状态的熔体的饱和蒸汽压都比相同温度范围内处于热力学稳定态的熔体的汽压的相一定是最稳定的相。所以由于晶型转变速度不同，在不同的加热或冷却速率下，硅酸盐制品中经常出现介稳态晶相。4、SiO2具有很高的熔点，硅酸盐玻璃的熔制温度也很高。现要选择一种氧化物与SiO2在800℃的低温下形成均一的二元氧化物玻璃，请问，选何种氧化物？加入量是多少？解：根据Na2O－SiO2系统相图可知最低共熔点为799℃。故选择Na2O能与SiO2在800℃的低温下形成均一的二元氧化物玻璃。二元相图在低共熔点E发生如下析晶过程：LA+C，已知E点的B含量为20%，化合物C的B含量为64%。今有C1，C2两种配料，已知C1中B含量是却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等。请计算C1，C2的组成。解：设C2中B含量为x,则C1中B含量为1.5x，由题意得：所以C1组成B含量为26％，C2组成B含量为17.3％。6、已知A，B两组分构成具有低共熔点的有限固溶体二元相图。的熔点为700℃。含B为0.25mol的试样在500℃完全凝固，其中含0.733mol初相α和0.267mol(α+β)共生体。含B为0.5mol的试样在同一温度下完全凝固，其中含0.4mol初相α和0.6mol(α+β)共生体，而α相总量占晶相总量的50%。实验数据均在达到平衡状态时解：设C点含B为x%,E点含B为y%，D点含B为z%，由题意借助杠杆解得：x=5.1％，y=79.9％，z=94.9%由此可确定C、D、E三点的位置，从而绘出其草图。7、在三元系统的浓度三角形上画出下列配料的组成点，并注意A=10%,B=70%,C=20%（质量百分数，下同）A=10%,B=20%,C=70%A=70%,B=20%,C=10%料混合加热至完全熔融，试根据杠杆规则用作图法求熔体的组成。解：根据题中所给条件，在浓度三角形中找到三个配料组成点的位置。连接配料（1）与配料（2）的组成点，按杠杆规则求其混合后的组成点。再将此点与配料（3）的组成点连接，此连线的中点即为所求的熔体组成点。(1)、划分副三角形；(2)、用箭头标出界线上温度下降的方向及界线的性质；(3)、判断化合物的性质；(4)、写出各无变量点的性质及反应式；分析M点的析晶路程，写出刚到达析晶终点时各晶相的含熔融化合物，S6一致熔融化合物。9、一个陶瓷配方，含长石（K2O·Al2O3·6SiO2）39%，脱水高岭解：在K2O-Al2O3-SiO2系统相图的配料三角形（图1-32）中根据长石与脱水高岭土的含量确定配料组成点，然后在产物三角形（图1-32）找最终平衡相，根据杠杆规则计算各相组成。答：(1)相律是根据热力学平衡条件推导而得，因而只能处理真实的热力学平衡体系。(2)相律表达式中的“2”是代表外界条件温度和压强。如果电场、磁场或重力场对平衡状态有影响，则相律中的“2”应为“3”、“4”、“5如果研究的体系为固态物质，可以忽略压强的影响，相律中的“2”应为“1”。(3)必须正确判断独立组分数、独立化学反应式、相数以及限制条件数，才能正确应用相律。(4)自由度只取“0”以上的正值。如果出现负值，则说明体系可能11、热分析法的原理是什么？具体的做法包括哪几点？答：原理：根据系统在冷却过程中温度随时间的变化情况来判断系统中是否发生了相变化。(1)将样品加热成液态；(2)令其缓慢而均匀地冷却，记录冷却过程中系统在不同时刻的(3)以温度为纵坐标，时间为横坐标，绘制成温度－时间曲线，即步冷曲线(冷却曲线)；(4)由若干条组成不同的系统的冷却曲线就可以绘制出相图。12、淬冷法的最大优点有哪些？适用的对象是什么？冷后在室温下又可对试样中平衡共存的相数、各相的组成、形态和数量直接进行测定。适用对象：适用于相变速度慢的系统，如果快则在淬冷时发生相三相点O：是在它自己的蒸汽压力(4.579mmHg)下的凝固点(0.0099℃)。答：(1)每一个稳定相有一个稳定存在的温度范围，超过这个范(2)在一定温度下，稳定相具有最小蒸汽压。(3)介稳相有向稳定相转变的趋势，但从动力学角度讲，转变速度很慢，能长期保持自己的状态。ΔV变化最大，石英次之，而鳞石英最小。如果制品中方石英含量大，则在冷却到低温时，由于α-方石英转变成β-方石英有较大的体积收缩而难以获得致密的硅砖制品。答：表示方法：在三元系统中用等边三角形来表示组成。关系：⑴等含量规则；x定比例规则；⑶杠杆规则；⑴重心规则；⑸交叉位置规则；⑶共轭位置规则。用途：用来判断界线的温度走向。定义：将界线(或延长线)与相应的连线相交，其交点是该界线上的温度最高点；温度走向是背离交点。x切线规则：用途：用于判断三元相图上界线的性质。定义：将界线上的某一点所作的切线与相应的组成的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被用途：用于判断无变量点的性质。变量点处于其相应副三角形的交叉位，则为单转熔点；无变量点处于其相应副三角形的共轭位，则为双转熔点。用途：确定结晶产物和结晶终点。定义：原始熔体组成点所在三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初晶区所包围的三元无变量点是其结1、名词解释（a）晶体与晶体常数（b）类质同晶和同质多晶（c）二八面体型与三八面体型（d）同晶取代与阳离子交换（e）尖晶石与反尖晶石（f）晶胞与晶胞参数（g）配位数与配位体（h）同质多晶与多晶转变（i）位移性转变与重建性转变（j）晶体场理论与配位场理论答a）晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。或晶体是具格子构造的固体。晶体常数：晶轴轴率或轴单位，轴角。（b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶（c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构。三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。（d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。（e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石；反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。（f）任何晶体都对应一种布拉菲格子，因此任何晶体都可划分出与此种布拉菲格子平行六面体相对应的部分，这一部分晶体就称为晶胞。晶胞是能够反映晶体结构特征的最小单位。表示晶体结构特征的参数（a、b、c，α(bΛc)、β(aΛc)、γ(aΛb)）称为晶胞常数，晶胞参数也即晶体常数。（g配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。配位体：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。（h）同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。（i）位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转（j）晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键，不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为点电荷来处理的理论。配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论。2、在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何（2）所有四面体间隙位置均填满；（3）填满一半八面体间隙位置；（4）填满一半四面体间隙位置。并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。答1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO；（2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O；（3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2；（4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO。（a）在AX型晶体结构中，NaCl型结构最多；（b）MgAl2O4晶体结构中，按r+/r-与CN关系，Mg2+、Al3+都填充八面体空隙，但在该结构中Mg2+进入四面体空隙，Al3+填充八面体空隙；而在MgFe2O4结构中，Mg2+填充八面体空隙，而一半Fe3+填充四（c）绿宝石和透辉石中Si:O都为1:3，前者为环状结构，后者答a）在AX型晶体结构中，一般阴离子X的半径较大，而阳离子A的半径较小，所以X做紧密堆积，A填充在其空隙中。大多数AX型化合物的r+/r-在0.414～0.732之间，应该填充在八面体空隙，即具有NaCl型结构；并且NaCl型晶体结构的对称性较高，所以AX型化合物大多具有NaCl型结构。离子填充于低配位的四面体空隙时，排斥力要比填充八面体空隙中较大，稳定性较差，所以Al3+填入八面体空隙，而Mg2+填入四面体空隙。而在MgFe2O4结构中，由于Fe3+的八面体择位能为0，可以进入离子半径0.057nm，Fe3+在四面体空隙中更加稳定，所以Mg2+填充八面体空隙、一半Fe3+填充四面体空隙。（c）绿宝石和透辉石中Si：O都为1：3。但是，绿宝石中的其它阳离子Be2+和Al3+的离子半径较小，配位数较小（4或6相互间斥力较大，所以绿宝石通过[SiO4]顶角相连形成六节环，再通过Be2+和Al3+将六节环连接起来，离子堆积结合状态不太紧密，这样晶体结构较稳定。透辉石中是Mg2+和Ca2+，离子半径较大，配位数较大（分别为6和8），相互间斥力较小，所以透辉石通过[SiO4]顶角相连形成单链，离子堆积结合状态比较紧密。4、叙述硅酸盐晶体结构分类原则及各种类型的特点，并举一例解：硅酸盐矿物按照硅氧四面体的连接方式进行分类，具体类型硅酸盐矿物的结构类型结构类型共用氧数形状络阴离子氧硅比0四面体4镁橄榄石Mg2[SiO4]组群状六节环绿宝石Be3Al2[Si6O18]链状单链透辉石CaMg[Si2O6]层状3平面层2.5滑石Mg3[Si4O10](OH24骨架2石英SiO25、堇青石与绿宝石有相同结构，分析其有显著的离子电导，较小的热膨胀系数的原因。答：堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]具有绿宝石结构，以（3Al3++2Mg2+）置换绿宝石中的（3Be2++2Al3+）。6个[SiO4]通过顶角相连形成六节环，沿c轴方向上下迭置的六节环内形成了一个空腔，成为离子迁移的通道，因而具有显著的离子电导；另外离子受热后，振幅增大，但（2）从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。答1）在粘土矿物中，如果入层间，来平衡多余的负电荷，在一定条件下这些阳离子可[AlO6]层中部分Al3+被Mg2+、Fe2+代替时，一些水化阳离子（如Na+、Ca2+等）进以被其它阳离子交换，这种现象称为阳离子交换。（2）高岭石的阳离子交换容量较小，而蒙脱石的阳离子交换容量较大。因为高岭石是1:1型结构，单网层与单网层之间以氢键相连，氢键强于范氏键，水化阳离子不易进入层间，因此阳离子交换容量较小。而蒙脱石是为2:1型结构，复网层间以范氏键相连，层间联系较弱，水化阳离子容易进入复网层间以平衡多余的负电荷，因此蒙脱石的阳离子交换容量较大。7、同为碱土金属阳离子Be2+、Mg2+、Ca2+，其卤化物BeF2和SiO2结构同，MgF2与TiO2（金红石型）结构同，CaF2则有萤石型结构，答：碱土金属离子Be2+、Mg2+、Ca2+，随着原子序数的增大，离子半径逐渐增大，极化性能变化不大。当阴离子同为F-时，使得其r+/r-8、金刚石结构中C原子按面心立方排列，为什么其堆积系数仅答：为了分析晶体结构方便起见，金刚石结构中C原子可以看成按面心立方排列。但实际上由于C原子之间是共价键，具有方向性和饱和性，每个C原子只与4个C原子形成价键（紧密相邻），所以并没有达到紧密堆积（紧密堆积时每个原子同时与12个原子紧密相邻其晶体结构内部存在很多空隙。所以其堆积系数仅为34%，远远小于紧密堆积的74.05%。9、简答题答1）晶体的内部质点在三维空间作有规律的重复排列，兼具短程有序和长程有序的结构。而玻璃的内部质点则呈近程有序而远程无序的无规网络结构或微晶子结构。与非晶体比较晶体具有自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能和稳定性。（2）晶胞是指能够充分反映整个晶体结构特征的最小结构单位，晶体可看成晶胞的无间隙堆垛而成。晶胞的形状大小与对应的单位平行六面体完全一致，并可用与平行六面体相同的参数来表征晶胞的几何特征。其区别是单位平行六面体是不具任何物理、化学特征的几何点（等同点）构成的。而晶胞则是实在的具体质点构成。10、以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和（Cl离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6×1/6=1。在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的体心位置）；由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8×1/4=2。11、名词解释（1）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷2）刃型位错解：（1）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（2）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。（3）非化学计量化合物指偏离正常化学计量的化合物，热缺陷指因热振动而引起的缺陷。12、在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守13、试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。解1）离子尺寸因素从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以r1和r2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差<15%时，形成连续置换型固溶体。若此值在15～30%时，可以形成有限置换型固溶体。而此值>30%时，不能形成固溶体。（2）晶体的结构类型形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。（3）离子的电价因素只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。（4）电负性因素电负性相近，有利于固溶体的生成。14、从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混解：从化学组成、相组成考虑固溶体、化合物和机械混合物的区别列下表比较之。固溶体、化合物和机械混合物比较（以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例）化合物机械混合物化学组成B2-xAxOAB2O4AO+B2O3相组成均匀单相单相两相有界面15、写出下列物质的离子极化作用由小到大的顺序。(1)MgCl2(2)NaCl(3)AlCl3(4)SiCl4解：这四种物质均为第三周期元素的氯化物，负离子相同，正离子均为8e-构型。正离子半径愈小，电荷愈多，其极化力愈强，正离子与负离子的极化作用愈强。因此，这四种物质极化作用由小到大的顺序为：SiCl4，AlCl3，MgCl2，NaCl。16、指出下列各固态物质中分子间作用力的类型。(1)Xe(2)P4(3)H2O(4)NO(5)BF3(6)C2H6(7)H2S解：Xe，P4，BF3，C2H6均为非极性分子，分子间只有色散作用；NO，H2S为极性分子，H2S中S的电负性小，不能形成氢键，这两种物质的分子均有色散作用、诱导作用和取向作用；H2O为极性分子，O的电负性又大，因此H2O分子之间除有色散、诱导和取向作用；相互间还能形成氢键。17、指出下列物质何者不含有氢键。(1)B(OH)3(2)HI(3)CH3OH(4)H2NCH2CH2NH2解：许多无机含氧酸(如H3PO4,H2SO4,,B(OH)3)以及有机化合物中的醇、羧酸、胺等化合物中的O，N电负性大、半径小，又与氢原子相连，所以往往有氢键形成。本题中的B(OH)3，CH3OH，H2NCH2CH2NH2三物种各自的分子间有氢键，而HI分子间不能形成氢键。因为与H成键的I电负性小，半径大，不具备形成氢键的条件。18、指出下列各组物质中某性质之最的化学式：（2）溶解度最小：NaF,NaCl,CaF2,CaCl2;（3）气化热最大：H2O,H2S,H2Se,H2Te;（4）熔化热最小：H2O,CO2,MgO,SiO2.熔点较低的金属晶体，其沸点也不高（不能由此而得出金属的沸点比它的离子化合物的沸点低这一结论）；Cl2为分子晶体，沸点最低。（2）四种物质均为离子晶体，CaF2的晶格能最大，其溶解度最小（实际上CaF2难溶于水。影响物质晶格能因素很多，对离子晶体而言，晶格能是影响物质溶解度的因素之一。如果晶格能相差很大，可粗略估计溶解度的相对大小，但不能作为准确结论。因为还有影响溶解度的其他因素，如离子水合能）。（3）H2O,H2S,H2Se,H2Te为同族元素的氢化物，只有H2O分子间能形成氢键，其气化热最大。（4）MgO为离子型化合物，晶格能又大，熔点高，熔化焓大SiO2为原子晶体，熔化焓也大。在通常条件下H2O,CO2分别为液态和气体，两者又均为共价化合物，属分子晶体，熔化焓均低于MgO；H2O分子1、名词解释⑴晶子学说和无规则网络学说x单键强⑶分化和缩聚⑴网络形成剂和网络变性剂答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。x单键强：单键强即为各种化合物分解能与该种化合物配位数的⑶分化过程：架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。缩聚过程：分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。⑴网络形成剂：正离子是网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃。即凡氧化物的单键能/熔点>0.74kJ/molk者称为网络形成剂。网络变性剂：这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变，即单键强/熔点<0.125kJ/molk者称为网络变形剂。答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段。初期：石英的分化；中期：缩聚并伴随变形；后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。答：影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。碱性氧化4、试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它答：利用X-射线检测。晶体SiO2-质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。SiO2熔体-内部结构为架状，近程有序，远程无序。SiO2玻璃-各向同性。硅胶-疏松多孔。5、玻璃的组成是13重量百分比Na2O、13重量百分比CaO、74Na2OCaOwt%mol0.210.23mol73.6%R=(12.6+13.8+73.6×2)/73.6=2.39因Z=4所以X=2R_Z=2.39×2_4=0.72Y=Z_X=4_0.72=3.28氧桥分数为3.28/（3.28×0.5+0.72）=69.5%6、有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号Na2O(wt%)Al2O3(wt%)SiO2(wt%)1828试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：对于1：Z=4R1=O/Si=2.55X1=2R1_4=1.1Y1=Z_X1=4__1.1=2.9对于2：R2=O/Si=2.45X2=2R2_4=0.9Y2=4_X2=4_0.9=3.1由于Y1<Y2所以序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小。7、在SiO2中应加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此时析晶能解：设加入xmol的Na2O，而SiO2的量为ymol。则O/Si=（x+2y）/y=2.5x=y/2即二者的物质量比为1:2时，O/Si=2.5。因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。8、试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。答：结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅氧四面体[SiO4]以顶角相连而组成的三维架状结构。由于Si-O-Si键角变动范围大，使石英玻璃中[SiO4]四面体排列成无规则网络结构。SiO2是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。硼酸盐玻璃：B和O交替排列的平面六角环的B-O集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过B-O-B链连成三维网络。B2O3是网络形成剂。这种连环结构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何O-B三角体的周围空间并不完全被临接的三角体所填充，两个原子接近的可能性较小。生产方法简单等优点。硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低得多；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用。答：硼反常现象：随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%-16%时，桥氧又开始减少，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。硼反常现象原因：当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。10、试比较硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃在结构上有何异同点？答：晶体与玻璃体都是三维空间网络所构成。是物质的两种不同形态，晶体结构网络由多面体无数次有规律重复而构成，而玻璃体结构中多面体的重复没有规律性。晶体结构是近程有序，远程也有序的结构。而玻璃是近程有序，远程无序的无定形物质。11、为什么要研究熔体和玻璃？（结构和性能）答：⑴熔体是玻璃制造的中间产物；x瓷釉在高温状态下是熔体状态；⑶耐火材料的耐火度与熔体含量有直接关系；⑴瓷胎中40%—60%是玻璃状态（高温下是熔体态）。答：熔体中R－O键的键性以离子键为主。当R2O、RO引入硅酸盐熔体中时，Si4+能把R－O上的氧离子吸引到自己周围，使Si-O键的键强、键长、键角发生改变，最终使桥氧断裂。13、简述熔体形成过程，以Na2O—SiO2熔体为例。答：(1)石英的分化；(4)熔体中的可逆平衡；14、聚合物的形成大致分为哪几个个阶段？最终熔体组成是什答：聚合物的形成大致分三阶段：①初期：主要是石英颗粒的分化；②中期：缩聚反应并伴随聚合物的变形；③后期：在一定温度(高温)和一定时间(足够长)下达到聚合<=>解聚平衡。最终熔体组成是：不同聚合程度的各种聚合体的混合物。即低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。15、熔体结构的基本理论是什么？其理论的要点有哪些？答：聚合物理论。组成的混合物。所谓的聚合物是指由[SiO4]连接起来的硅酸盐聚离子。（2）、聚合物的种类、大小、分布决定熔体结构，各种聚合物处于不断的物理运动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡。（3）、聚合物的分布决定熔体结构，分布一定，结构一定。（5）聚合物的种类、大小、数量随温度和组成而发生变化。16、表面张力(σ)的定义是什么？使σ下降的有哪些？答：定义：扩展液体表面需要做功，表面能即将表面增大一个单位面积所需要作的功(或把质点从内部移到表面所消耗的能量)。常用物质1)K2O、PbO、B2O3、Sb2O3、Cr2O3(有表面活性，当加入量多时粘度下降。)；(2)V2O5、As2O5、SO3(强表面活性剂)。x介稳性；⑶凝固的渐变性和可逆性；⑴由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续18、什么键型能形成玻璃？其重要因素是什么？能形成玻璃的原答：离子共价混合键和金属共价混合键能形成玻璃。重要因素:共价因素和强的极化作用原因：当离子键向共价键过渡，离子共价混合键，主要在于有SP电子形成的杂化轨道，并构成σ键和π键，通过强烈的极化作用，这种混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，有利于造成玻璃的远程无序，又有共价键的方向性和饱和性，不易改变键长和键角的倾向，造成玻璃的近程有序，因此容易形成玻璃。答：定义：是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度以及彼此间的结合状态。特点：近程有序，远程无序20、比较硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上显著的差别。答：(1)晶体中Si－O骨架按一定对称性作周期重复排列，是严格有序的，在玻璃中则是无序排列的。晶体是一种结构贯穿到底，玻璃在一定组成范围内往往是几种结构的混合。(2)晶体中R＋或R2＋阳离子占据点阵的位置：在玻璃中，它们统计地分布在空腔内，平衡Onb的负电荷。虽从Na2O-SiO2系统玻璃的径向分布曲线中得出Na+平均被5～7个O包围，即配位数也是不固定(3)晶体中，只有半径相近的阳离子能发生互相置换，玻璃中，只要遵守静电价规则，不论离子半径如何，网络变性离子均能互相置换。(因为网络结构容易变形，可以适应不同大小的离子互换)。在玻璃中析出晶体时也有这样复杂的置换。(4)在晶体中一般组成是固定的，并且符合化学计量比例，在形成玻璃的组成范围内氧化物以非化学计量任意比例混合。1、试述泥浆的稳定性与粘土颗粒的动电电位之间的关系。答：动电电位越大，则颗粒之间斥力越大，泥浆也越稳定，反之动电电位减少，则颗粒之间引力增大，易聚沉，则不稳定。2、当向天然粘土，泥浆中逐渐加入一价阳离子的电解质时，请分析泥浆粘度和动电电位将如何变化？如果不加一价阳离子而改加三价阳离子，粘度和动电电位又会如何变化？请分析。答：当加入一价阳离子电解质时，随离子交换的进行，泥浆粘度将变小而动电电位将变大。因为一价阳离子进入结构内使颗粒斥力加电电位将变小。因为三价阳离子进入结构内使颗粒斥力减小。3、说明动电电位的意义。答：粘土胶粒分散在水中时，因吸附层与扩散层各带有相反的电荷，所以相对移动时两者之间就存在着电位差，这个电位差称电动电位。其数值对黏土泥浆的稳定性有重要的作用。4、什么是泥浆的流动性？什么是泥浆的触变性？答：泥浆的流动性是指泥浆含水量低，黏度小而流动度大的性质。泥浆的触变性是泥浆静止不动时似凝固体，一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性。如再静止又重新凝固，这样可以重复无数次。泥浆从流动状态到触变状态是逐渐的，非突变的，并伴随着黏5、Na2CO3稀释的泥浆对黏土流动性和触变性的影响分别如何？答：Na2CO3稀释的泥浆对黏土边面结合的结构拆散的得不完全，因而泥浆流动差而注浆速度高，触变性大，坯体致密度低。答：影响因素1）含水量2）电解质3）颗粒大小，（4）黏土的矿物组成5）泥料处理工艺6）腐殖质含量，添加剂。泥料经过真空练泥排除气体；经过一定时间陈腐使水分均匀；适宜的腐殖质含量；添加塑化剂等方法提高瘠性物料的塑化。7、试分析黏土颗粒带电原因，以及荷电机理的情况。答：黏土层面上的负电荷：黏土晶格内离子的同晶置换造成电价不平衡使之面板上带负电；在一定条件下，黏土的边棱由于从介质中接受质子而使边棱带正电荷。由于黏土的负电荷一般都大于正电荷，因此黏土是带有负电荷的。8、为何要对瘠性物料进行塑化？塑化剂的种类有哪些？答：为使非黏土瘠性材料呈现可塑性而解决制品成型得其进行塑化。天然塑化剂：黏土。有机塑化剂：聚乙烯醇，羟甲基纤维素，聚醋酸乙烯脂等。9、为什么氢粘土比钠粘土具有更好的可塑性？答：H-土水化能力不及Na-土，故H-土水化膜薄，毛细管半径小，毛细管力就大，屈服值就高，故可塑性也强一些。答：⑴固体表面粗糙度当真实接触角小于90芳时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当真实接触角大于90度，则粗糙度越大，越不利于湿润。x吸附膜吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。答：吸附是固体表面力场与吸附分子发出的力场相互作用的结果，它是发生在固体上的。根据相互作用力的性质不同，可分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附：由分子间引力引起的，这时吸附物分子与吸附剂晶格可看作是两个分立的系统。化学吸附：伴随有电子转移的键合过程，这时应把吸附分子与吸附剂晶格作为一个统一的系统来处理。答：晶界结构是指晶界在多晶体中的形状、结构和分布。4、试说明晶粒之间的晶界应力的大小对晶体性能的影响？答：两种不同热膨胀系数的晶相，在高温燃烧时，两个相完全密合接触，处于一种无应力状态，但当它们冷却时，由于热膨胀系数不同，收缩不同，晶界中就会存在应力。晶界中的应力大则有可能在晶界上出现裂纹，甚至使多晶体破裂，小则保持在晶界内。答：新的塑料表面能大，无任何吸附，故互相之间因相似表面结构而互相吸引，用旧了以后，因表面能降低而且吸附了外界杂质，成不相似表面而难以吸附。6、当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可以使焊接更加牢固，请分析这种现象。答：除去表面层主要是剔除吸附层，从而增大表面层的表面能。又因为W=rA+rB－rAB，从而使rA+rB增大，粘附力增大，粘附就更加牢7、液-固-气系统中，试分析接触角的大小对润湿的影响。答：当接触角<90度时，称润湿，当接触角>90度时，称不润湿，当接触角为0度时，称完全润湿。答：表面——把一个相和它本身蒸汽或真空接触的分界面。界面——把一相与另一相(结构不同)接触的分界面。9、固体表面的不均匀性，表现在哪些方面？答：(1)绝大多数晶体是各向异性，因而同一晶体可以有许多性(2)同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质；(3)晶格缺陷、空位或位错而造成表面不均匀；(4)在空气中暴露，表面被外来物质所污染，吸附外来原子可占据不同的表面位置，形成有序或无序排列，也引起表面不均匀；(5)固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，称之为固体表面力。分类：(1)范得华力(分子引力)：是固体表面产生物理吸附或气体凝聚的原因。与液体内压、表面张力、蒸汽压、蒸发热等性质有关。(2)长程力：属固体物质之间相互作用力，本质仍是范得华力。按作用原理可分为依靠粒子间的电场传播的，如色散力，可以加和；一个分子到另一个分子逐个传播而达到长距离的，如诱导作用力。固体表面处于较高的能量状态(因为固体不能流动),只能借助于离子极化、变形、重排并引起晶格畸变来降低表面能，其结果使固体表面层与内部结构存在差异。12、实际表面能比理想表面能的值低的原因可能是什么？答：(1)可能是表面层的结构与晶体内部相比发生了改变，表面被可极化的氧离子所屏蔽，减少了表面上的原子数。(2)可能是自由表面不是