第一章晶体结构习题.

1、第一章晶体结构习题1、概念:晶体，晶体结构，空间点阵，离子半径，离子极化，配位数，固溶体，合金2、在正交简单点阵、底心点阵、体心点阵、面心点阵中分别画出（110）、（ 001 两组晶面，并指出每个晶面上的结点数？3、 设有某一晶面在x、y、z三个坐标轴上的截距分别为1a，2b，3c,求该晶面 符号？4、 在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1,在y轴的截距为1/2,且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数，并绘 图示之？答:根据晶面和晶向指数的标定方法可知，题中晶面指数为（120），如图中ABCD， 晶向指数为102如图中OP。6、画出立方晶系中下列

2、晶面和晶向：(016,(011)，( 111, (231), (321), 010, 011,111, 231, 321£(d)7、什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响?在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场必然要对另一离子的电子云 发生作用(吸引或排斥)，因而使这个离子的大小和形状发生了改变，这种现象叫 离子极化。极化会对晶体结构产生显著影响，主要表现为极化会导致离子间距离缩短， 离子 配位数降低，同时变形的电子云相互重叠，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.8、氧化镁(MgO)与氯化钠(NaCI)具有相同结构。rM 2+=0.078nm ro=0-1

3、32nmMg2求 MgO 的晶格常数；(2) MgO 的密度？( Ar(Mg)=24，Ar(O)=16)解: (1)a =2(rMg2. rO2_) =2(0.078 0.132) = 0.396nm(2)每一个单位晶胞中含有4个Mg2+及4个O2-，1mol的Mg2+具有24g的质量，1mol的O2-具有16g的质量。3二 4.28g / cm4(24g型)2323 /4(24+16)_7 323(0.396 10 )p_ 6.02106.02 汉 10_3a 6.02 109、已知MgO晶体中Mg2+和O2在三维空间有规律地相间排列，其晶体结构相当于两套面心立方点阵互相套叠在一起，晶胞常数

4、a=b=c=4.20, a =B =丫=90请回 画出MgO晶体二维和三维空间的晶体结构图. 从的图形中抽象出MgO晶体的空间点阵图形. 从中划分出单位空间格子，计算其结点数12、画出MgO晶体（面心立方点阵）在（1 0 0）、（ 1 1 0）、（ 1 1 1）晶面上的结 点和离子排布图13、已知 Ys+ = 0.169 nm ,疋卜=0.181 nm。1、试用鲍林规则分析CsCl的晶体结构；2、画出（111）面上的结点和离子排布图;3、计算晶胞中离子堆积系数（即致密度）。3433V1oooZrOa3ai20 169+(1) 0.934，在 0.7321.000 间，CN = 8, Cs -

5、Cl 构成CsCI 8立方体;咕_ 0.181(2) S= 1/8, 1=1/8 X，所以8个CsCI8立方体共顶相连;(3)立方体可共棱、共面相连，实际共面相连。nvk-0.68(0.404)一)3 E 訓°.169)3 (°.181)3第二章晶体缺陷习题分析比较ThO2、Ti02、MgO结构中间隙大小。答：ThO2是萤石型结构，晶胞中有巨大孔隙，TiO2是金红石型结构，Ti4+占据一半八面体孔隙，MgO是氯化钠型结构，MgO2+占满八面体孔隙，所以,孔隙由大到小顺序：ThO2 Ti02 MgO2、解释为什么MgO晶体中主要的点缺陷是肖特基型，而Li2O中主要的点缺陷是弗

6、仑克尔型。答: MgO晶体属氯化钠型，结构中无八面体孔隙，只有四面体孔隙，结构致密，而Li2O属反萤石结构，晶胞中有巨大孔隙3、写出CaCI加入KCI中的缺陷反应方程式，至少写出两个2CaCI2 KCI > CaK CICI Cli'CaCI2 KCI> CaK VK' 2CICI4、写出下列缺陷反应方程式离子排布图结点排布图、3a =2(r r 宀 a=0.404nmTiO22TiO2 Al2°3 > 2Ti30。Oi3TiO2 Al2°3 > 3Ti60° V Y2O3 Zr°22Yzr30° V&#

7、176;L2Y2O3 ZrO2 > 3Y,/ 6OO Y5、写出下列缺陷反应方程式(至少写两个)2TiO2 A'2。3 > 2TiJ 30。Oi3TiO2A1*3 > 3Ti A 6Oo VaiYnOF ；：3 2YNaM FVO 2VF2Y2O32 > 3Yzr 6Oo Y3NaF YF3 >NaY'' 2Nai 3Ff第3章熔体和玻璃体习题1、熔体粘度在727C时是108泊，在1156C时是104泊，在什么温度下它是107 泊？2、一种玻璃的组成为80wt%SiO2和20wt% Na2O，试计算其非桥氧百分数？3、玻璃的组成是13wt

8、% Na2O, 13wt % CaO和74wt % SiO2,计算非桥氧分数？4、 、按照下列元素在形成氧化物玻璃中的作用，把它们区分为网络改变体，中间 体或网络形成体(玻璃形成体)：Si、Na、B、Ca、Al、P、K、Ba。5、计算下面三种玻璃的网络参数，比较粘度大小，并解释原因？(1) Na2O?SiQ, (2) Na2O?2SiQ, (3) 3Na2O?Al2O3?SiQ。答：(1)乙=4, R1=3，X1=2R1-Z1=2，丫1=2Z1-2R1=2;(2) Z2=4, R2=5/2, X2=2R2-Z2=1 , Y2=2Z2-2R2=3;(3) 因为Na2O/Al2O31所以AI2O3

9、做为网络形成体，乙=4, R3=8/3, X3=2R3-Z3=4/3, Y3=2Z3-2R3=8/3;Y越大，网络连接越紧密，强度越大，粘度也越大；反之， 丫越小，网络连 接越疏松，网络空穴越大，网络改变剂离子在网络空穴中越易移动，粘度越小。 因为 丫2>丫3>丫1,所以 n> n> n。&计算下面三种玻璃的网络参数，比较粘度大小，并解释原因(1) Na2O?SiQ , (2) Na2O?2SiQ , (3) Na2O?3SiQ答：(1)乙=4, Ri=3, Xi=2Ri-Zi=2, Yi=2Zi-2Ri=2;(2) Z2=4, R2=5/2, X2=2R2-Z

10、2=1, Y2=2Z2-2R2=3;（3）Z3=4, R3=7/3, X3=2R3-Z3=2/3, Y3=2Z3-2R3=10/3;Y越大，网络连接越紧密，强度越大，粘度也越大；反之， 丫越小，网络连 接越疏松，网络空穴越大，网络改变离子在网络空穴中越易移动，粘度越小。因 为 丫3>丫2>丫1，所以 n> n> n。第四章表面与界面1、什么叫表面张力和表面能？3、什么叫吸附、粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接 更加牢固，请解释这种现象。答：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面上，分物理吸附和化学吸附。粘附：指两个发生

11、接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上。铜丝放在空气中， 其表面层被吸附膜所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是将吸附膜结在一起，锡与吸附 膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露出真正钢丝表面上， 锡与铜相似材料粘附 很牢固。4、（a）什么叫弯曲表面的附加压力？其正负根据什么来划分？ （ b）设表面张力 为900尔格/厘米2,计算曲率半径为0.5 ym 5叩的曲面附加压力？曲面上的附加压力：由于表面张力作用，弯曲表面存在一个附加压力 AP,弯曲 表面的附加压力 仲总是指向曲面的曲率中心，当曲面为凸面时，为正值，当 曲面为凹面时，为负值。巾二（丄丄）二1D900 10(10 )210.5 10*)=1.98

12、104 帕5 105、已知：真空中氧化铝的表面张力为820erg/cm2，液态铁的表面张力为1720erg/cm2，同样条件下，界面张力（液态铁氧化铝）为2000erg/cm ,问：液态铁能否润湿氧化铝？（同时画图表示）答：受力情况如图所示：sg 二 |g COS V - siCOS JY y sg - siig820 -20001720=-0.69v -133：, v 90V 不润湿6 MgO AI2O3 SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4陶瓷片上，在低共熔温度下， 液相的表面张力为900尔格/厘米2,液体与固体的界面能为600尔格/厘米2,测 得接触角为70.520(1) 求Si3N4

13、的表面张力？(2) 把Si3N4在低共熔温度下进行热处理，测得其腐蚀的槽角为123.750,求Si3N4 的晶界能？svlvCOSVsv =600 900COS70.520 =900.1尔格 /厘米2ss =2 Sv cosSS=2 900.1 COS123.751847.8达因 / 厘米7、在高温将某金属熔于 Al 2O3片上。(1)若AI2O3的表面能估计为1000尔格/厘米2,此熔融金属的表面能也与之相 似，界面能估计约为3000尔格/厘米2，问接触角是多少？(2)若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是 AI2O3表面张力的两倍, 试估计接触角的大小？第五章 粘土 -水系统胶

14、体化学1、由实验测得粘土胶体粒子是荷电的，试从理论上分析粘土胶粒荷电的原因？答：粘土粒子板面上的负电荷：(1) 粘土晶格内离子的类质同晶置换造成电价不平衡使之板面上带负电。(2) 吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生的负电荷。粘土粒子边棱上的正电荷： 粘土粒子沿垂直层方向断键时，由于 PH不同，导致粘土粒子带不同的电荷，当在 PH V 6 酸性介质中时，粘土边棱带正电荷。当 PH > 8时，粘土边棱带负电荷，当 PH=7时，粘土 边棱不带电。综上所述： 粘土的正电荷和负电荷的代数和就是粘土的净电荷，由于粘土的负电荷一般都远远大于正电荷，因此粘土都带有净负电荷。2、试分析影响泥浆流动性和触变性

15、的诸因素。3、影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采取什么措施来提高或降低粘土 的可塑性以满足成型工艺的需要？4、粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下列不同阳离子后的 性能变化规律（以箭头表示大小）H，Al3，Sr2，Ca2，Mg2，NH4，K，Na，Li离子置换能力；由大小粘土的Z电位；由小大粘土的结合水；由小 多泥浆的流动性；由小 大 泥浆的稳定性；由小 大 泥浆的触变性；由强 弱 泥团的可塑性；由强 弱 泥浆的滤水性；由弱 强 泥浆的浇注时间；由长 短第六章 相平衡、已知： ABC 三元系统相图如下，试回答下列问题1、写出各化合物性质；2、划分三角形；3、用箭头表示界线温

16、度下降方向及各界线性质；4、判断各无变量点性质，并写出相应相平衡关系式;5、写出熔体n的冷却析晶过程；1、 D为不一致熔二元化合物，S为一致熔三元化合物；2、如图；3、如图；4、 Ei、E2、E3 为低共熔点，Lej D S B，Le2 BSC，LejACS ；P为双升点，Lp A D S ；n(熔体)一討FL nA,(A)占aA,A+(D)罟FDL dD,D(A消失 J5、p皐 PD,D S到达c,D S B工爲 >Ei 消失n, D S B2、已知：A B C三元系统相图如下，试回答下列问题:（1）写出各化合物性质；（2）划分三角形；（3）用箭头表示界线温度下降方向及各界线性质；（4

17、）判断各无变量点性质，并写出相应相平衡关系式；（5）写出熔体R的冷却析晶过程；A d wB答（1） D为不一致熔融二元化合物，S为一致熔融二元化合物，Q为不一致熔融三元化合物。(2)见图。(3)见图。(4)P点为单转熔点：LP aUD QEi点为低共熔点：LEiU DQ BE2点为单转熔点：LE2sLIB QE3点为单转熔点：LE3 cUS QE4点为单转熔点：LE4 CU A Q(5)R(熔体)LLA里 RA,(A)匸显止 aA,A + (D) 就也 bD,DLLjFD山cD,D+(Q)山旳醛Ei(到达)n,D Q (B)L；：X3 Ei(消失)R，D Q B3、已知：A B C三元系统相图

18、如下，试回答下列问题 、写出各化合物性质； 、划分三角形； 、用箭头表示界线温度下降方向及各界线性质； 、判断各无变量点性质，并写出相应相平衡关系式；写出熔体M的冷却析晶过程；(5)DE0e21、化合物D为高温稳定低温分解的二元化合物， 化合物F为低温稳定高温分解 的二元化合物。4、 P点为双升点，LpA F , E点为低共熔点，LeABF , Q点 为过渡点（L）+F匸 m（L）+C+B ，S点为过渡点（L）+D匸虽（L） + A+B。t ytM （熔体）-百占才 M（A,（A）-击c A A+（D） £3罟5、 S（到达 Xa,A + D + （B）_ 上芒吕a0b¥）

19、t S（离开）a, A+ B（ D消失） 一諾fJ E（到达b,A+B+（F）-卷厝t E （消失）M,A+B+F4、已知：A-B-C三元系统相图如下，试分析下列问题：（1）判断化合物性质；（2）划分三角形；（3）判断界线性质及温度下降方向；（4）判断无变量点性质及相平衡关系式；（5）写出物系点M的析晶路程；A答：（1） S为不一致熔融二元化合物，D为高温稳定低温分解的二元化合物（不 一致熔融二元化合物）；（2）如图；（3）如图;（4）Ei点为过渡点（L） 別葩 A C （L）E2点为单转熔点Le2 aL c sE3为低共熔点Le丄B C SM (熔体儿UL站M (A,( A)黑卫a A, +

20、(S)丄期 b【S,S鼻J3cS,S+(C)L E 3倒达)N,S + C +(B) L 世開 E3(消失)M,S+C+B第七章扩散1、设有以直径为3cm的厚壁管道，被厚度为0.001cm的铁膜片隔开，在膜片的 一边，每1cm3中含有5X1019个N原子，该气体不断地通过管道。在膜片另一边 的气体中，每1 cm3中含有1X018个N原子，如果氮在铁中的扩散系数是4X10-7 cm2/S，试计算700E时通过铁膜片的氮原子总数。JD 岁一吹 1109任 1016 个N原子 /(cm2 s)23 14 h 32总原子数 /S=JA=J()= 1.9610161.39 1017 个原子 / S442

21、、已知200 C时铝在铜中的扩散系数为2.5 X0-2°cm2/s,在500 C则为 3.1 X0-13m2/s,试求铝在铜中的扩散活化能.3、912C时铁具有同素异构转变，试比较碳在面心立方铁和体心立方铁中扩散系 数的大小，并对差别进行解释。已知扩散系数的相关数据为：209004.18 2 /Dec =001 expG_ m/ sf329004 18 2Dec =0 23exp(-)em/sRTDbee =0.011exp(20900 4.18RT2)em / s =0.011e(20900 4.188.314 11851.55 106em2/sDfee =0.23exp(3290

22、0 4.18RT2)em / s 二 0.23e(-32900 4.188.324 1185)=1.99 10 em2/s体心立方铁的扩散系数大于面心立方铁的扩散系数， 原因为扩散介质结构越紧密， 扩散越困 难，在单位体心立方晶格中含有 2个铁原子，在单位面心立方晶格中含有 4个铁原子，体心 立方晶格的致密度比面心立方晶格的小，所以在体心立方晶格中的扩散系数大。4、指出图中的固体扩散的微观机构，请排出扩散的难易程度，并解释原因?(5)(rf)(*)?oo?o9O£OJO*O?o*o«o*o »0>0 ooo答：（a）空位扩散；（b）间隙扩散；（c）准间隙扩散

23、；（d）易位扩散；（e）环形扩散。从易到难的顺序为：空位扩散间隙扩散准间隙扩散环形扩散易位扩散。对于离子晶体来说， 负离子做紧密堆积， 正离子填充空隙，处于晶格位置的粒子势能最 低，所以说易位扩散所需活化能最大，在扩散过程是最难的；环形扩散，是正离子互相配合一起运动，在理论上可能的，但在实际扩散机构中正离子之间要同时运动，也需要较大活化能；准间隙扩散是间隙内的离子将正常格点的离子挤出，需要较大活化能；在间隙位置和空位处的粒子势能较高， 故空位扩散所需活化能最小，因而空位扩散是最常见的扩散机理，其次是间隙扩散。第八章固相反应1、由AI2O3、SiO2反应生成莫来石，由扩散控制并符合杨德尔方程，实

24、验在温 度保持不变的条件下，当反应进行1h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成，应采取什么有效措施？2、 由AI2O3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，1400E下，1小时完成10%，求1500E下，1小时和4小时各完成 多少？（应用杨德尔方程计算）1ft?：将代G=10 Ulh入代入杨徳尔方程求得K1i-a-or-:将T=1400frC, Q=50kcal/mal, K=1.2X10-3代入方程，求得心50x4.1x10001 J*10-*-Xaaj<1a j i4x

25、io-4jx：CJll-G-G.J=£.rI1-Q-G.yf =2,?3xl(r;X4Gl = 2S.4%iZe*) 4*1 疋巧 rai当 T 二 150CTC 时，将K节t二1h和1:詔h代入杨德尔方程，OL斗少】护网* E314瓦1-芾)n-a-Gf-2.78x10"*-工和 IXG 产 13%.3、分别写出杨德尔与金斯特林格固相反应动力学方程，并指出它们的局限性和 应用范围。(8分)1答：杨德尔方程 F2(G) =(1-(1-G,)2 =K2t局限性：杨德尔在推导过程中，把球形反应面作为平面处理；计算转化率时使重 量比等于体积比。适用范围：反应产物层较薄，转化率较小，反应初期，反应物密度和产物密度相 等时才适用。2金斯特林格方程F3(G)=rG-(1-G)适用范围：较大转化率，反应物密度和产物密度相等时才适用。局限性：假设了反应物与反应产物体