无机非考试习题

1、宏观对称要素：对称轴（Ln），对称面（P），对称中心（C），旋转反伸轴（Lni）对称操作：使晶体相同部分有规律的重复所进行的操作。（旋转，反映，反伸，旋转和反伸）对称型的符号：Ln、P、C、Lni、晶体的分类标准：根据晶体的对称性进行分类。三大晶族和七大晶系：低级晶族、中级晶族、高级晶族。等轴晶系 a=b=c， =900四方晶系 a=bc, =900三方及六方晶系 a=bc , =90 =1200斜方晶系 abc , =900单斜晶系 abc , =90 900三斜晶系 abc 900空间群：指在一个晶体结构中所存在的一切对称要素的集合。 点群：又名对称型，是指宏观晶体中对称要素的集合。 切线

2、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。 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。 重心规则：如无变量点处于其相应的副三角形的重心位，则该无变量点为低共熔点；如无变量点处于其相应的副三角形的交叉位，则该无变量点为单转熔点；如无变量点出于其相应的副三角形的共轭位，则该无变量点为双转熔点。 三角形规则：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晶结束

3、点。 均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。（2.5分） 非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程. 一致熔融化合物是一种稳定的化合物，与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。 不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。 本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。 不稳定扩散：扩散物质

4、在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt0。这种扩散称为不稳定扩散。 稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。晶粒生长，二次再结晶晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这即是肖特基缺陷。 弗伦克尔缺陷：在晶格内原子热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，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。 晶

5、胞参数：表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角、即为晶胞参数. 晶胞：从晶体结构中取出来的以反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。 同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象，称为同质多晶现象。 多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，晶体会从一种变体变成另一种变体。六方紧密堆积和面心立方紧密堆积的空隙率相同，均为25.95%。体心立方堆积的空隙率为31.98%。多晶转变的类型及特点：（1）根据多晶转变前后晶体结构的变化程度和转变速度，多晶转变可分为 位移性转变和 重建性转变。（2）根据多晶转变的方向，多晶转变可分为可逆转变(

6、双向转变)和不可逆转变(单向转变)。重建性转变 这种转变破坏原有的原子间的化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样。所需的能量较高、转变速度较慢位移性转变 又称高低温转变，这种转变不打开 任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生转变。这类转变所需的能量较低、转变速度较快，并且在一个确定的温度下完成。 配位数：在晶体结构中，一个原子或离子周围与其直接相邻的原子或异号离子的个数。配位多面体：在晶体结构中，与某一个阳离子直接相邻，形成配位关系的各个阴离子的中心连线所构成的多面体。 点缺陷：三维方向上缺陷尺寸都很小。如空位、间隙原子、杂质原子。缺陷的符号：M原子：V.M，Mi，M

7、x位错的分类刃位错：若一个晶面在晶体内部突然终止于某一条线处，则称这种不规则排列为一个刃位错。伯氏矢量方向垂直于位错线的方向 螺位错:原子不规则排列结构称为一个螺位错.伯氏矢量平行于其位错线方向固溶体的分类A按杂质原子在固溶体中的位置分类 置换固溶体： 杂质原子进入晶体中正常格点的位置所生成的固溶体。间隙固溶体：杂质原子进入溶剂晶格中的间隙位置所生成的固溶体B 按杂质原子在晶体中的溶解度分类 有限固溶体：杂质原子在固溶体中的溶解度是有限的。 无限固溶体：溶质和溶剂两种晶体可以按任意比例无限制的相互固溶。影响置换型固溶体中溶质离子溶解度的因素1. 离子尺寸因素2. 离子的电价因素3. 晶体的结构

8、因素4. 电负性因素 为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？（4分） 因为从结构分布看，单面心格子不符合立方格子所固有的4L3的对称性。晶体的一般特点是: 自限性:晶体物质在适宜的外界条件下能自发形成几何多面体的外形。均一性和异向性：由于内部质点周期性重复排列，晶体的任何部分的性质都是一样的。 在同一晶体的不同方向上，质点排列一般是不同的，因此表现出不同的性质。晶体性质随方向而异的性质称为晶体的异向性。对称性：晶体的相同部分有规律的重复，既包括几何要素，也包括物理性质。最小内能和最大稳定性：因为规则排列质点间的引力和斥力达到平衡，在相同的热力学条件下，晶体的内能比同种化学成分

9、的气体、液体以及非晶质体都要小。 对于化学组成相同但处于不同物态下的物体而言，以晶体最为稳定。试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。 杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用转化率很大情况下的固相反应。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。硅酸盐熔体结构特点：熔体内部存在着近程有序区域，熔体是由晶体在高温分化的聚合体构成。熔体内部的聚合体的种类大小和数量随熔体的组成和温度而变化。粘度：相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动的

10、摩擦力。表面张力：将表面增大一个单位长度所需要的力表面能：将表面增大一个单位面积所需做的功。玻璃网络形成体：其单键强度大于335KJ/mol。这类氧化物能单独形成玻璃。网络变性体：其单键强度小于250KJ/mol。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。中间体：其作用介于玻璃形成体和网络变性体两者之间。冷却速率（dT/dt）C=Tn/tn Tn=Tm-Tn Tn为过冷度；Tn和tn分别为3T曲线头部之点的温度和时间。临界冷却速率大，则形成玻璃困难而析晶容易。离子晶体表面双电层的形成，对其表面性能的影响：弯曲液面附加压力的定义：由于液体表面张力的存在，使弯曲表面上产生一个附

11、加压力。弯曲表面的附加压力P总是指向曲面的曲率中心，曲面凸为正值，曲面凹为负值。1.影响固相反应的因素有那些？ 答：影响固相反应的因素有反应物化学组成与结构的影响；颗粒度和分布影响；反应温度、压力、气氛影响；矿化剂及其他影响因素。2.说明影响扩散的因素？ 化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。 缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。 温度：D=D0exp（-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。 杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大

12、本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。 扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。 3.试解释说明为什么在硅酸盐结构中Al3+经常取代SiO4中Si4+，但Si4+一般不会置换AlO6中的Al3+？（配位数为6时，S14、A13和O2的离子半径分别为0.40、0.53和1.40；配位数为4时，一离子半径依次为0.26、0.40和1.38）。（8分） 答：CN=4, rAl3+ /ro2-=0.4/1.38=0.29,Al3+ 四配位稳定，故在硅酸盐结构中Al3+经常取代SiO4中Si4+形成AlO4；（4分）CN=6，rSi4+/ro2-=0.4/

13、1.4=0.29,Si4+四配位稳定，六配位不稳定，故在硅酸盐结构中Si4+ 一般不会置换AlO6中的Al3+ ，形成SiO6。4.网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。实验观察到当O/Si=2.53时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2O/Si2.5的碱和硅石混合物可以形成玻璃,而O/Si=3的碱和硅石混合物结晶而不形成玻璃? （8分） 答：在2O/Si2.5的碱和硅石混合物中，氧硅比较低，在高温熔体中高聚物含量较高，熔体黏度较高，不易析晶，所以可以形成玻璃；而在O/Si=3的碱和硅石混合物中，氧硅比较高，在高温熔体中低聚物含量较高，熔体黏度较低，所以易析晶，而不形

14、成玻璃。5.什么是润湿？改善润湿的方法有那些？（9分）润湿：固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，就称润湿。 改善润湿的方法有：降低 SL S、V 两相组成尽量接近； 降低LV 在液相中加表面活性剂； 提高 SV 去除固体表面吸附膜； 改变粗糙度。6.说明影响烧结的因素？（1）粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。 （2）外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。 （3）烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢

15、固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。 （4）保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。 （5）气氛的影响：氧化，还原，中性。 （6）成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。（7）物料活性的影响7.简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。离子晶体结构的特点：阴离子作密堆积，阳离子填充空隙。 硅酸盐晶体结构分类的原则：结构中硅氧四面体的连接方式。 各类结构中硅氧四面体的形状： 岛状：硅氧四面体孤立

16、存在； 组群状：硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧相连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子连接； 链状：硅氧四面体通过共用氧相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间由其它阳离子连接； 层状：硅氧四面体通过三个共用氧在两维平面内延伸成硅氧四面体层； 架状：每个硅氧四面体的四个顶角都与相邻的硅氧四面体共顶，形成三维空间结构。桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。反之，仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧体心：原子数2 面心：原子数4 六方：原子数6 面心 密度=4M/（a03*6.023*1023），V=a03=（

17、22R）3 六方 V=a02c*（3/2） =（2R）2*（8/3*2R）*3/2 =82R3 体心 V=a30=（4R/3）38.试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的变化,解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？硼反常现象：硼酸盐玻璃随Na2O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，这种反常过程称硼反常现象。 B2O3中加入Na2O后, Na2O所提供的氧使BO3三角体变成BO4四面体，导致B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃性

18、能随R2O或RO加入量的变化规律相反。9.在硅酸盐晶体结构中， SiO4四面体或孤立存在，或共顶连接，而不共棱，更不共面，解释之。（9分）在硅酸盐晶体结构中， SiO4四面体中的Si4+是高电价低配位的阳离子，以共棱、共面方式存在时，两个中心阳离子（Si4+）间距离较近、排斥力较大，所以不稳定，而孤立存在，或共顶连接。12.MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响，当MoO3：CaCO3 =1：1，r MoO3 =0.036, r CaCO3 =0.13时, 反应扩散控制的。当MoO3：CaCO3 =1：15，r CaCO30.03时，反应由升华控制，试解释这种现象。

19、当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒较大且大于MoO3，生成的产物层较厚，扩散阻力较大，所以反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，当r2r1时存在过量CaCO3，由于产物层变薄，扩散阻力减小，反应由MoO3粒径升华控制，并随着MoO3粒径减小而加剧。1、a=bc = 900，=1200的晶体属（六方）晶系。2、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有（对称中心）、（对称面）、（对称轴）、（倒转轴）。3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（0001）面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（111）面。4、TiO2

20、在还原气氛中可形成（阴离子缺位型）型非计量化合物，可形成（n）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（反比），如果减少周围氧气的分压，TiO2-x的密度将（减小）。5形成连续固溶体的条件是（rl-r2）/rl15）、（相同的晶体结构类型）和（离子价相同或离子价总和相等）。 6.晶体的热缺陷有（弗伦克尔缺陷）和（肖特基缺陷）两类，热缺陷浓度与温度的关系式为（n/N=exp（-Gf/2kT）。7. 黏土带电荷的主要原因是（黏土晶格内离子的同晶置换）、（黏土边面断裂）和（黏土内腐殖质离解），黏土所带静电荷为（负）。1. 烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产

21、生这四种传质的原因依次为（压力差）、（空位浓度差）、（应力-应变）和（溶解度）。2. 均匀成核的成核速率Iv由 （受核化位垒影响的成核率因子） 和 （受原子扩散影响的成核率因子） 因子所决定的。3. 菲克第一定律的应用条件是（稳定扩散），菲克第二定律的应用条件是（不稳定扩散）。4. 液-固相变过程的推动力为（过冷度） 、 （过饱和浓度） 和 （过饱和蒸汽压）。5. 固体内粒子的主要迁移方式有（空位机构） 、 （间隙机构）。6. 如晶体纯度降低，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（向左）。7. 合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3 , MgO, -Al2O3, -Al2O3,

22、从提高反应速率的角度出发选择（MgCO3），（-Al2O3）原料较好。8. 在均匀成核时，临界成核位垒Gk=（1/3Ak）,其值相当于（新相界面能的1/3）具有临界半径rk的粒子数nk/N= （exp（-Gk/RT） ）。9. 液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角有关，当为（180）时，非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。10. 成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能发生，在（相变过程放热）情况下需要过冷。11.在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因（作为矿化剂，产生不同晶型石英溶解度不同的液相），能否加入氧化铝（不能）。11. 在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（成核-

23、生长机理），新相成（孤立的球形颗粒）状，不稳定区的分解机理为（旋节分解区），新相成（高度连续性的非球形颗粒）状。1、黏土带电荷的主要原因是（黏土晶格内离子的同晶置换）、（黏土边面断裂）和（黏土内腐殖质离解），黏土所带静电荷为（负）。2、晶体的对称要素中微观对称要素种类有（平移轴） 、（像移面）、（螺旋轴）。3、由于（不等价置换） 的结果，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”， 组分缺陷的浓度主要取决于：（搀杂量（溶质数量）和 （固溶度） 。4、UO2+x在氧化气氛中可形成（阴离子间隙型）型非计量化合物，可形成（P）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（正比），如果减少周围氧气的分压，UO2+

24、x的密度将（增大）。5、b 与位错线（垂直）的位错称为刃位错，可用符号（）表示；b 与位错线（平行）的位错称为螺位错，可用符号 （ ） 表示。6、a=bc = 900，=1200的晶体属（六方）晶系。7、立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（111）面，六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（0001）面。8、为使瘠性料泥浆悬浮，一般常用的两种方法是（控制料浆的pH值）和（有机表面活性物质的吸附）用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响，如无析晶区又要使其析晶应采取什么措施？要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃应采取什么措施？（8分）答：过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利，只有在一定过冷度

25、下才能有最大成核和生长速率，如下图。若T大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒多而尺寸小的细晶；若T小，控制在生长速率较大处析晶则容易获得晶粒少而尺寸大的粗晶；如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析晶区，该熔体易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定过冷度下析晶，一般采用移动成核曲线的位置，使它向生长曲线靠拢。可以用加人适当的核化剂，使成核位垒降低，用非均匀成核代替均匀成核。使两曲线重叠而容易析晶。要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃，采取增加冷却速度以迅速越过析晶区的方法，使熔体来不及析晶而玻璃化。三、计算题（10分）在CaF2晶体中，肖特基缺陷的生成能为5.5ev，计算在1600时热缺陷的浓度

26、。如果CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3 杂质，则在1600时CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？（玻尔兹曼常数k=1.3810-23、电子的电荷e=1.60210-19） 解：因为n/N=exp（-Gf/2kT）Gf=5.51.60210-19=8.81710-19J T=1600+273=1873K所以 n/N=exp（-8.81710-19/21.3810-231873）= exp（-17.056）=3.910-8 （5分）在CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3 杂质，缺陷方程如下： YF3 CaF2 Y.Ca+F,i+2FF此时产生的缺陷为，=10-6大于热缺陷浓度3

27、.910-8，故在1873K时杂质缺陷占优势五、计算题（10分）有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号Na2O molAl2O3molSiO2mol1101278220674试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？解：(1)玻璃：Na2O/ Al2O3=10/121，所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用 R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16 X2=2*2.16-4=0.32 Y2=4-0.32=3.68 因而Y1R2 即(2)玻璃桥氧分数大于(1), O/Si比小于(1)玻璃,所以在高温下(1)熔体黏度小于(2).下图为CaO-A12O3-SiO2系统的富钙

28、部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定的参考价值。试：（1）画出有意义的付三角形；（2）用单、双箭头表示界线的性质；（3）说明F、H、K三个化合物的性质和写出各点的相平衡式；（4）分析M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式；（5）并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由；（6）为何在缓慢冷却到无变量点K（1455）时再要急剧冷却到室温？（20分）解：1、如图所示；2、如图所示;3、 F点低共熔点，LFC3A+C12A7+C2S （1.5分） H点单转熔点，LH+CaOC3A+C3S（1.5分） K点单转熔点，LK+C3SC3A+C2S（1.5分）4、M点： LC2S LC2S+C3S L+C2SC

29、3S 液：M-a-y-K始(LK+C3SC2S+C3A)K终 f=2 f=1 f=1 f=0 C2S C2S+C3S C2S+C3S C2S+C3S+C3A 固：D-D-b-d-M （4分） 5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是C3S、C2S、C3A。根据三角形规则，只有当组成点落在C3S-C2S-C3A付三角形中，烧成以后才能得到这三种矿物。从早期强度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料C3S的含量应当最高，C2S次之，C3A最少。根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于C3S-C2S-C3A付三角形中小圆圈内。 6、因为缓慢冷却到K点，可以通过转熔反应L+C2SC3S得

30、到尽可能多的C3S。到达K点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止C3S含量降低，因为K点的转熔反应LK+C3SC2S+C3A；（2）使C2S生成水硬性的-C2S，而不是非水硬性的-C2S；（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。四、 计算题（15分）CeO2为萤石结构，其中加入0.15molCaO形成固溶体,实验测得固溶体晶胞参数a0=0.542nm,测得固溶体密度=6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型？(其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16)Dt=W/VW=EWi=(位置数*占据分数*原子量）/6.02*1023V=a3CaO CeO2 Ca”Ce+V.O+Oo （1） CaO CeO2 Ca,Ce+Ca.i+2OO (2)（1）式固溶式为：Ce0.85Ca0.15O1.85 (2）式固溶式为：Ce0.925Ca0.15O2实测D6.54g/cm3 ，接近D01，说明方程(1)合理，固溶体化学式 ：Ce0.85Ca0.15O1.85 为氧空位型固溶体出下列反应