武科大无机材料物理化学例题解答及习题集10综合练习

综合练习（一）Ⅰ选择题1. 晶体结构中一切对称要素的集合称为（）。（a）对称型， （b）点群， （c）微观对称要素的集合， （d）空间群。2. 金红石晶体中，所有O2－作稍有变形的六方密堆，Ti4+填充了（）。（a）全部四面体空隙 （b）全部八面体空隙 （c）四面体空隙的半数 （d）八面体空隙的半数。3. 下列硅酸盐矿物属于层状结构的是（），属于链状结构的是（），属于岛状结构的是（）。（a）顽火辉石Mg2[Si2O6] （b）绿宝石Be3Al2[Si6O18]（c）镁橄榄石Mg2[SiO4]（d）石英[SiO2] （e）叶腊石Al2[Si4O10]（OH）24. 若有一个变价金属氧化物，在还原气氛下形成阴离子缺位型非化学计量化物，金属元素和氧原子数之比为X：O＝1.1：1，则其化学式应为（）。（a）X1.1O （b）XO0.90 （c）XO0.91 （d）XO1.15.在硅酸盐熔体中，当R＝O/Si增高时，相应熔体组成和性质的变化是：（1）熔体中碱性氧化物含量（）。（2）非桥氧百分数（）。（3）低聚物数量（）。（4）熔体粘度（）。（5）熔体析晶倾向（）。（a）不变 （b）降低 （c）升高6. 在固-液两相接触时，为了使液相相对固相润湿。在固-气（γSV）、液-气（γLV）界面张力不变时，必须使液-固（γLS）界面张力（）。（a）γLS＝γSV （b）降低 （c）升高7. 在UO2晶体中，O2-的扩散是按（）机制进行的。 （a）掺杂点缺陷 （b）空位 （c）间隙8. 粘土的两性电荷与介质的PH值有关，当高岭在酸性介质中边面带（）电荷。在碱性介质中边面带（）电荷。（a）+1 （b）-1 （c）+2 （d）-2 （e）09. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关。当θ为（）时，核化位垒下降一半。（a）θ＝0°（b）θ＝45° （c）θ＝90° （d）θ＝180°10. 在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起坯体致密化的传质方式有（）。（a）晶格扩散 （b）表面扩散 （c）晶界扩散 （d）流动传质 （e）颗粒重排（f）蒸发-凝聚 （g）非本征扩散Ⅱ填空晶体的热缺陷有____和____两类。热缺陷浓度与温度的关系式为________________。试写出下列反应的缺陷方程：斜长石Na（AlSi3O8）与钙长石Ca（Al2Si2O8）可以形成____型固溶体，其中____和____可以相互取代。Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2玻璃的四个结构参数为____、____、____和____。在均匀成核时，晶核形成速率IV由____和____两项决定。在1000℃的Al2O3基片上涂有银浆，若保温时间由1h增加到3h，银层渗透深度将由原来1mm增加到____粘土荷电原因主要由____、____和____引起的。属于固相烧结的典型传质有____和____两种，液相烧结的典型传质有____和____。这四种传质颈部增长x/r与烧结时间关系分别为____、____、____和____。固相反应中最重要的一类是____反应，举一实例是____________________________。Ⅲ名词解释非化学计量化合物同质多晶与类质同晶热力学势函数φ杨德尔方程Ⅳ问答与计算1. 试简述形成连续置换型固溶体的条件是什么?2. 已知某晶体的多晶转变式为，转变的△GV＝－418J/mol，900℃时为－2090J/mol，并假设△GV与温度之间呈线性关系。试计算（a）1025℃ （b）850℃时的临界半径rk和△GV3. 为了促进Al2O3材料的致密化，当加入0.002～.005molMgO作烧结助剂，其作用机理有三种观点：（A）MgO-Al2O3形成固溶体（写出固溶式）（b）MgO-Al2O3形成化合物（写出固相反应式）（c）MgO-Al2O3出现液相（读出温度）（1） 请你根据MgO-Al2O3相图判断这4种观点是否正确，并说明这三种机理促进烧结的原因。（2）画出1700℃图10-1 MgO-Al2O3相图4. 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。（d） 如果冷却速率非常快，M点析晶路程将如何变化。图10-2 A-B-C相图（二）Ⅰ选择题1. 一晶面在三种结晶轴上的截距分别为2a，3b，6（a）（236） （b）（326） （c）（321） （d）（123）2. NiO－MgO、MgO－CaO、PbZrO3－PbTiO3、CaO－TiO2、CaF2－YF3以上五个系统分别形成（）。（a）化合物；（b）低共熔物；（c）连续置换型固溶体；（d）有限置换型固溶体；（e）间隙型固溶体；（f）非化学计量化合物。已知离子半径（nm）Ni2+0.072Ca2+0.100Mg2+0.072Zr4+0.072Ti4+0.053Y3+0.0893. 从热力学观点讨论玻璃分相，可以用（）把分相区域推算出来。（a）过冷却-成核速率曲线 （b）过冷度-自由焓曲线 （c）温度-时间-转变曲线 （d）自由焓-组成曲线若把上述曲线的 （a）转变点； （b）最高点； （c）最低点； （d）△G＝0的点； （e）切点；（f）拐点； （g）的点相连可以分别得到：亚稳分相区范围（）， 不稳分相区范围（）。4. 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（）。（a）结构水 （b）结合水 （c）自由水同价阳离子饱和的粘土其ζ电位随离子半径增大，ζ电位（）。（a）降低 （b）升高 （c）变号实验测得NaCl的扩散系数与温度关系如图10-3所示，直线（1）和（2）分别发生下列扩散过程：图10-3logD随1/T的变化（a）晶格扩散 （b）示踪原子扩散 （c）本征扩散 （d）晶界扩散 （e）非本征扩散 （f）互扩散直线（1） （），直线（2） （）。如果提高NaCl晶体的纯度，两直线的转折点变化规律为（）。（a）升高 （b）降低 （c）不变6. 柏格斯矢量与位错线（）的位错称为刃位错。与位错线（）的位错称为螺位错。（a）垂直 （b）平行 （c）相交刃位错用符号（）表示，螺位错用（）符号表示。（a） （b） （c） （d） （e）7. UO2在氧化气氛中可能形成（）型非化学计量化合物。（a）阳离子填隙 （b）阳离子空位 （c）阴离子填隙 （d）阴离子空位。这种非化学计量化合物可以形成（）型半导体。（a）n型 （b）p型8. 在BaO和TiO2合成BaTiO3时，在一定条件下可以生成2BaO·TiO2；BaO·TiO2；BaO·2TiO2；BaO·3TiO2；BaO·4TiO2五种化合物，在此系统中组分数应是（）。（a）1 （b）2 （c）3 （d）4 （e）59. Rb2－SiO2系统中，(1)Li2O－SiO2（2）Na2O－SiO2（3）K2O－SiO2（4）Rb2－SiO2（5）Cs2O－SiO2分相范围大小次序为（）（a）（1）>（2）>（3）>（4）>（5） （b）（5）>（4）>（3）>（2）>（1）（c）（1）>（2）>（4）>（3）>（5）10. 气体通过玻璃的渗透率随玻璃中（）含量的增加而增加。（a）网络形成离子 （b）网络变性离子 （c）网络中间离子Ⅱ填空晶体分____三个晶族____个晶系。三方、四方、六方晶系的特征要素分别是____、____，等轴晶系的特征要素____。等径球体的紧密堆积方式有____和____两种，前者的堆积方式是____，后者的堆积方式是____。范氏力由____力____力和____力所组成，这三种力均与分子间距离____次方成反比。范氏力的作用范围约为____。熔体是_______________的混合物。____、____和____随熔体的组成和温度而变化。试写出下列反应的缺陷反应式：某物质在1000℃时，扩散系数D＝10-15cm2/s，在1500℃时为10-8cm2/s，试求该物质的扩散激活能____。析晶相变过程的推动力是____。在均匀成核时，临界成核位垒△Gk＝____，其值相当于______________，具有临界半径rk的粒子数nk/N＝_________________。有一金属粉末，其料径为2×10-4cm,，表面张力γ＝1.5J/m2，计算烧结推动力为_____________。若该粉末体积为7.1cm3/mol，计算体系每摩尔自由焓变化为____。固相反应一般包括____和____两个过程，在硅酸盐工业中最重要的固相反应类型是______________________反应。10.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。Ⅲ名词解释无规则网络假说均匀成核与非均匀成核弗仑克尔缺陷与肖特基缺陷液相烧结与固相烧结Ⅳ问答与计算试简述硅酸盐晶体结构分类的特点，并对每一类举一实例说明之。试述在无机材料研究与制造过程中从相图能获得哪些有用的启示。固溶体（ZrCa）O2-x是由CaO溶入ZrO2晶体中形成的，已知：在1600℃如果曹CaO溶入量为0.12 摩尔百分数，试问这是什么类型的固溶体，写出缺陷反应式与固溶式，哪种离子扩散速率最大?随什么因素而变化?试以晶体、玻璃两种不同状态为例，简单说明无机材料组成、结构和性能之间的关系。（三）1.示意画出粘土和滑石的结构单元并解释下列名词：（1）层状硅酸盐矿物（2）二层型和三层型（3）二八面体和三八面体2.试比较高岭、蒙脱、伊利三种粘土矿物结构的特点。由此说明粘土组成、结构、工艺性能之间的关系。3.试问什么化学取代物可以得到以下缺陷结构，写出缺陷反应式和固溶式，并比较形成缺陷结构以后对材料制造和材料性质将发生什么影响。（1）在MgO中阳离子空位（2）SrTiO3中阴离子空位（3）BaTiO3中阴离子空位（4）Al2O3中阴离子填隙4.为什么MgO、SrO和BaO的硬度及熔点依次减小，试解释之。5.在Na2O－SiO2和Na2O―CaO―SiO2相图上如何合理确定生产上实用的玻璃配方，考虑的出发点和依据是什么?6.试举例说明Fick定律在相变、固相反应和烧结传质过程中的具体应用。7.试说明如何用较简单的实验方法测定尖晶石晶体中阳离子的互扩散系数和自扩散系数。8.试讨论各种不同的固相反应动力学式如何体现与反应物的组成、结构和键性等结晶化学参数的关系。9.（1）MgO－SiO2；CaO－SiO2；SrO－SiO2；BaO－SiO2系统中，分相范围大小次序如何排列，为什么?（2）Na2O―B2O3―SiO2玻璃分相区在系统的什么范围?分相的析出物尺度约是多少?如何鉴别分相是发生在亚稳区或不稳区?这两个区分相特点有何不同?10.A－B二元相图如图10-4所示。（1）图中虚线范围表示什么? （2）Tk是什么点? （3）画出T1、T2时的自由焓-组成图。（4）当组成为点从TB温度急冷到T2，并保