无机非金属科学基础计算题

1、一、名词解释（20分）点群：又名对称型，是指宏观晶体中对称要素的集合。网络变性剂：单键强度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。类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的配位位置，一部分被介质中性质相似的它种离子或原子占有，共同结晶成均匀的呈单一相的混合晶体，但不引起键性或晶体结构型式发生质变的现象称为类质同晶。对称型，是指宏观晶体中对称要素的集合。弗伦克尔缺陷：正常晶格上的原子进入晶格间隙形成填隙原子，在原来的位置上形成空位。空间群：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。它由两部分组成，一是平移轴的集合（也就是平移

2、群），另外是除平移轴之外的所有其他对称要素的集合（与对称型相对应）。网络形成剂：这类氧化物单键强度大于335KJ/mol，其正离子为网络形成离子，可单独形成玻璃。螺位错：柏格斯矢量与位错线平行的位错。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体的现象。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，迁移到晶体的表面，在晶格内正常格点上留下空位，即为肖特基缺陷。聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，。玻璃分相：一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液

3、相)，并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。不一致熔融化合物：是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，两者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融化合物。晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。晶胞、反萤石结构：反萤石结构：这种结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的个数及位置刚好与萤石中的相反，即金属离子占有萤石结构中F的位置，而02离子或其他负离子占Ca2+的位置，这种结构称为反萤石结构。（2.5分） 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。网络形成体、网络改

4、变体； 网络形成体：单键强度大于335KJ/mol的氧化物，可单独形成玻璃。（2.5分）网络变性体：单键强度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。（2.5分）触变性、硼反常现象； 触变性：是泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间存在的介于两者之间的中间状态。即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。如再静止又重新凝固，可重复无数次。（2.5分）硼反常现象：硼酸盐玻璃与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反，这种现象称硼反常现象。正尖晶石、反尖晶石； 正尖晶石；在AB2O4尖晶石结构中， A离子占

5、据四面体空隙，B离子占据八面体空隙的尖晶石。（2.5分）反尖晶石：如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙则称反尖晶石。（2.5分）线缺陷、面缺陷； 线缺陷：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。面缺陷：指在两维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。晶子学说、无规则网络学说； 晶子学说：认为玻璃结构是一种不连续的原子（晶子）的结合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中，“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格极度变形的微小有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，越远离中心则变形程度越

6、大，从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界面。（2.5分）无规则网络假说：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。类质同晶、同质多晶； 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。（2.5分）类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的配位位置，一部分被介质中性质相似的它种离子或原子占有，共同结晶成均匀的呈单一相的混合晶体，但不引起键性或晶体结

7、构型式发生质变的现象称为类质同晶。（2.5分）点缺陷、热缺陷；点缺陷：三维方向上缺陷尺寸都处于原子大小的数量级上。（2.5分）热缺陷：晶体温度高于绝对0K时，由于热起伏使一部分能量较大的质点（原子或离子）离开平衡位置所产生的空位和/或间隙质点。（2.5分）缩聚、解聚； 聚合：由分化过程产生的低聚合物，相互作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O，这个过程称为缩聚，也即聚合。（2.5分）解聚：在熔融SiO2中，O/Si比为2：1，SiO4连接成架状。若加入Na2O则使O/Si比例升高，随加入量增加，O/Si比可由原来的2：1逐步升高到4：1，SiO4连接方式可从架状变为层状、带状、链状

8、、环状直至最后断裂而形成SiO4岛状，这种架状SiO4断裂称为熔融石英的分化过程，也即解聚。（2.5分）晶面指数；晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数字hkl是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。二、填空（17分）1、在玻璃形成过程中，为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用（ 绘制3T曲线）的方法。2、a=bc =900的晶体属（四方）晶系。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、Zn1+x O在还原气氛中可形成（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

9、的分压，Zn1+x O的密度将（增大）。5、b 与位错线（垂直）的位错称为刃位错，；b 与位错线(平行 )的位错称为螺位错，。6、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）。7、在AB2O4型尖晶石结构中，若以氧离子作立方紧密堆积排列，在正尖晶石结构中，A离子占有（四面体）空隙，B离子占有（八面体）空隙。8、晶体的热缺陷有（肖特基缺陷）和（弗伦克尔缺陷）两类，热缺陷浓度与温度的关系式为（n/N=exp（-Gf/2kT）。9、硅酸盐晶体分类的依据是（硅氧四面体的连接方式）。按此分类法可将硅酸盐矿物分为（岛状）结构、（组群）结构、（链状

10、）结构、（层状）结构和（架状）结构。10、陶瓷元件表面被银，为提高瓷件与银层间的润湿性，瓷面表面应（抛光）。11、同价阳离子饱和的黏土胶粒的电位随阳离子半径的增加而（降低）。12、Ca-黏土泥浆胶溶时，加入NaOH和Na2SiO3电解质，（Na2SiO3）效果好？13、a=bc = 900，=1200的晶体属（六方）晶系。14、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）15、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）17、晶体的对称要素中微观对称要素种类有（平移轴）

11、、（像移面）、（螺旋轴）。18、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） 。19、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+x的密度将（增大）。20、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）三、问答题（70分）1、试写出少量MgO掺杂到A12O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷反应方程与对应的固溶式。（7分）解：少量MgO掺杂到A12O3中缺陷反

12、应方程及固溶式为：， （3.5分）少量YF3掺杂到CaF2中缺陷反应方程及固溶式如下：， （3.5分）2、MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响。当MoO3 ：CaCO31：1，MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时，反应是扩散控制的；而当CaCO3 ：MoO315：1，r20.03mm时，反应由升华控制，试解释这种现象。（7分）答：当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时, CaCO3颗粒大于MoO3，由于产物层较厚，扩散阻力较大，反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，（3.5分）

13、当r2 NH4Cl （2）泥浆的触变性 NaCl NH4Cl（3）泥浆的可塑性 NaCl NH4Cl（5）黏土的电位 NaCl NH4Cl（6）泥浆的流动性 NaCl NH4Cl8、硅酸盐晶体结构分类依据是什么？可分为哪几类，每类的结构特点是什么？（9分）答：硅酸盐晶体结构分类依据是：结构中硅氧四面体的连接方式。（1.5分）可分为岛状：硅氧四面体孤立存在；（1.5分）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；（1.5分）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；（1.5分）层状：硅氧四面体通过三

14、个共用氧在两维平面内延伸成硅氧四面体层；（1.5分）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。（1.5分）9.在硅酸盐晶体结构中，SiO4四面体或孤立存在，或共顶存连接，而不共棱更不共面，解释之。（6分）答：根据鲍林规则，高电价低配位的阳离子与阴离子形成的配位多面体以共棱，特别是共面方式存在时，结构的稳定性降低。在硅酸盐晶体结构中，SiO4四面体以共棱、共面方式相连时，中心阳离子间距较孤立存在或共顶存连接时小，中心阳离子间的斥力大，尤其是共面时斥力更大，结构不稳定，因此在硅酸盐晶体结构中，SiO4四面体或孤立存在，或共顶存连接，而不共棱更不共面。（6分）10、如

15、果NiO和Cr2O3球形颗粒之间反应生成NiCr2O4是通过产物层扩散进行的，请回答：（1）若1300，DCr3+DNi2+DO2-，控制NiCr2O4生成速率的扩散是哪一种离子的扩散？为什么？（2）试分析早期的这一反应转化率G-t关系应符合哪一个动力学方程？（6分）答：（1）控制NiCr2O4生成速率的扩散是Ni2+离子。因为NiO与Cr2O3主要阳离子经过产物层的逆向扩散生成NiCr2O4。而DCr3+DNi2+DO2，Cr3+扩散速度快，而Ni2+扩散速度慢。（4分）（2）这一反应早期转化率与时间之间的关系应符合杨德尔方程1-(1-G)1/32=KJt。（2分）11、在扩散传质的烧结过程

16、中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。（8分）答：在扩散传质的烧结过程中，系统内不同部位（颈部、颗粒接触点、颗粒内部）空位浓度不同，导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移，填充到气孔中。因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。（4分）对于扩散传质：（1）控制原料的起始粒度非常重要，颗粒细小的原料可促进烧结，因为颈部增长速率x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比；（2）温度对烧结过程有决定性作用，扩散系数与温度呈指数关系，因此提高温度可加速烧结。（4分）12.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。（9分）答：硅酸盐晶体结构分类的原则：结构中硅氧四面体的连接

17、方式。（1.5分）各类结构中硅氧四面体的形状：岛状结构：四面体；组群状结构；（1.5分）双四面体、三节环、四节环和六节环；（1.5分）链状结构：单链、双链；（1.5分）层状结构：平面层；（1.5分）架状结构：三维空间延伸的骨架。（1.5分）13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？（7分）答、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，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相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反， 出现硼

18、酸盐玻璃的硼反常现象。（7分）14、用KCl和CaCl2分别稀释同一种黏土泥浆，当电解质加入量相同时，试比较两种泥浆下列性质的差异。（6分）（1）泥浆的流动性 （2）泥浆的触变性 （3）泥浆的可塑性 （4）坯体的致密度 （5）黏土的电位 （6）泥浆的稳定性（1）泥浆的流动性 KCl CaCl2（1分）（2）泥浆的触变性 KCl CaCl2 （1分）（3）泥浆的可塑性 KCl l CaCl2 （1分）（5）黏土的电位 KCl l N CaCl2 （1分）（6）泥浆的稳定性 KCl CaCl2 （1分）15.试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。（8分）答：伊利石和蒙脱石是2：l型结构（1分），其结构皆

19、属于单斜晶系；都存在同晶取代，蒙脱石同晶取代主要发生在八面体层中（1分），而伊利石是发生在硅氧面体层中（1分）；蒙脱石的电荷不平衡由进入层间的水化阳离子补偿，这种水化阳离子在层间无固定位置，结合力弱，容易被交换出来（2分）；伊利石的电荷不平衡由进入层间的K+离子补偿，K+离子有固定位置和配位数，结合较牢固（2分），因此蒙脱石的阳离子交换能力比伊利石强，蒙脱石结构中有层间水，并有膨胀性，而伊利石没有（1分）。16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.

20、40；配位数为4时，一离子半径依次为0.26、0.40和1.38）。（7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；（3.5分）CN=6，rSi4+/ro2-=0.4/1.38=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。（3.5分）17.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

21、O/Si=3的碱和硅石混合物结晶而不形成玻璃? （7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；（3.5分）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，而不形成玻璃。（3.18.说明影响扩散的因素？（6分）答：（1）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。（2）缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。（3）温度：D=D0exp（-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散

22、。Q越大温度变化对扩散系数越敏感。（4）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；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。（5）扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散（6）扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。 19、出下列反应的合理缺陷反应式（7分）aNaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体bCaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体答：a.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体 （3.5分） bCaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体 （3.5分）20、完成下列缺陷反应式（10分） Fe2O3FeO CaF2YF3 或 (5分) 或 (5分)21影响固

23、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；矿化剂的影响。（6分）22晶界移动遇到气孔时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？（10分）答：烧结初期，晶界上气孔数目很多，此时气孔阻止晶界移动，Vb=0。（2分）烧结中、后期，温度控制适当，气孔逐渐减少。可以出现Vb=Vp，此时晶界带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）继续升温导致VbVp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，气孔包入晶体内部，只能通过体积扩散排除，这是十分困难的。（2分

24、）从实现致密化目的考虑，晶界应带动气孔以正常速度移动，使气孔保持在晶界上，气孔可以利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失。（2分）控制方法：控制温度，加入外加剂等。（2分）三计算题（10分）1在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2m，烧结至最高温度保温半小时，测得晶粒尺寸为10m，试问保温2小时，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1MgO，此时若保温2小时，晶粒尺寸又有多大？解：（1）G2-G02=kt 102-22 =k.0.5 得k192 G2-22=192*2 G20m （4分） (2) G3-G03=kt k=1984 G3 8=1984*2 G15.84m （4分）2

25、.在KCl晶体中掺入10-5mo1CaCl2，低温时KCl中的K+离子扩散以非本征扩散为主，试回答在多高温度以上，K+离子扩散以热缺陷控制的本征扩散为主？（KCl的肖特基缺陷形成能Hs=251kJ/mol，R=8.314J/mo1K）。解：在KCl晶体中掺入10-5mo1CaCl2，缺陷方程为：则掺杂引起的空位浓度为 （5分） 欲使扩散以热缺陷为主，则 即 即 3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。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

26、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： 此时产生的缺陷为，=10-6大于热缺陷浓度3.910-8，故在1873K时杂质缺陷占优势或 此时产生的缺陷为 ，=5.510-7大于热缺陷浓度3.910-8，故在1873K时杂质缺陷占优势 （5分）4有两种不同配比的玻璃，其组成如下：序号Na

27、2O 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（1分） R2=（20+6 *3+74*2）/（74+6*2）=2.16 X2=2*2.16-4=0.32 Y2=4-0.32=3.68（3分）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#. （2分）5CeO2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/cm

28、3,试计算说明固溶体的类型？(其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16) （1） （4分） （2） （4分）（1）式固溶式为： （1.5分） （1.5分）（2）式固溶式为： （1.5分） （1.5分）实测D6.54g/cm3 ，接近D01，说明方程(1)合理， （1分） 固溶体化学式 ：Ce0.85Ca0.15O1.85 为氧空位型固溶体。课后习题3-6说明下列符号的含义：VNa，VNa，VCl，（VNaVCl），CaK，CaCa，Ca i解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带

29、一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。3-7写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）解： （1）NaClNaCa+ ClCl + VCl（2）CaCl2CaNa + 2ClCl + VNa（3）OVNa + VCl（4）AgAgVAg + Agi3-8 MgO的密度是3.58g/cm3，其晶格参数是0.42nm，计算单位晶胞MgO的肖特基缺陷数。解：设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=（4.20）3

30、，x=VN0/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04。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，但在MgO中主要的点缺陷是肖特基缺陷，而在Li2O中是弗伦克尔型，请解释原因。解：Mg占据四面体空隙，Li占据八面体空隙。3-10 MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ/mol，计算该晶体1000K和1500K的缺陷浓度。（答：6.4103，3.5102）解：n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：n/N=6.410-3；T=1500k：n/N=3.510-2。3-11非化学计量化合物

31、FexO中，Fe3+Fe2+0.1，求 FexO中的空位浓度及 x值。（答： 2.25105；0.956）解：Fe2O32FeFe + 3OO + VFey2yyFe3+2yFe2+1-3yO， X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565OVFe=2.2210-23-12非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、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？解： Zn（g）Zni + eZn（g） + 1/2O2 = ZnO Zni + e+ 1/2O2 ZnO ZnO=ePO2ZniO2（g） OO

32、 + VFe + 2hk=OO VFeh/PO21/2=4OO VFe3/ PO21/2 VFe PO2-1/6，PO2 VFe3-18从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。固溶体机械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子间相互反映生成相数均匀单相多相单相均匀化学计量不遵守定比定律遵守定比定律化学组成不确定有几种混合物就有多少化学组成确定以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例：比 较 项固 溶 体化 合 物机 械 混 合 物化学组成（x =02）AB2O4AO+B2O3相组成均匀单相单相两相有界面3-21 Al2O3在 MgO中形成有限固溶体，在低共熔温度

33、 1995时约有18wtAl2O3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。1）Al3+为填隙离子；2）Al3+为置换离子。解： （a）Al3+为填隙离子：缺陷反应为： （1）固溶式分子式：（b）Al3+为置换离子：缺陷反应为： （2）固溶式分子式： （3）取100g试样为基准：（为摩尔数） （m为摩尔数）MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式为：2.035 MgO0.176 Al2O3或Mg2.035Al0.352O2.563 （4）（4）式各项除以2.563得Mg0.794Al0.137O （5）由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式，对（

34、a）有即（b）有设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为： （，分别代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。 3-22影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素： （1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R115%不连续。2.40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。 （ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是

35、与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。3-23说明为什么只有置换型固溶体的两个组分之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则不能。解：（1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力10%；（2）间隙式固溶体的生成，一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，不会对接产生影响，所以可形成连续固溶体。3-24对于 MgO、Al

36、2O3和 Cr2O3，其正、负离子半径比分别为 0.47、0.36和 0.40，则 Al2O3和Al2O3形成连续固溶体。（1）这个结果可能吗？为什么？（2）试预计，在MgOCr2O3系统中的固溶度是有限的还是无限的？为什么？解：（1）Al2O3与Cr2O3能形成连续固溶体， 原因：1）结构内型相同，同属于刚玉结构。 2）（2）MgO与Cr2O3的固溶度为有限 原因:结构类型不同MgO属于NaCl型结构，Cr2O3属刚玉结构。 虽然也不可能形成连续固溶体。3-25某种NiO是非化学计量的，如果NiO中Ni3+Ni2+104，问每1m3中有多少载流子？解：设非化学计量化合物为NixO，Ni2O3

37、2+ 3 +y2y yNi3+2yNi2+1-3yONi3+/Ni2+=2y/（1-3y）=10-x则y=510-5， x=1-y=0.99995，Ni0.99995O每m3中有多少载流子即为空位浓度：=y/（1+x）=2.510-5。3-26在 MgOAl2O3和 PbTiO3PbZrO3中哪一对形成有限固溶体，哪一对形成无限固溶体，为什么？解：MgO-AL2O3：，即rMg、rAl半径相差大，MgO（NaCl型）、AL2O3（刚玉）结构类型差别大，形成有限固溶体；PbTiO3-PbZrO3形成无限固溶体，因为尽管Ti4+、Zr4+半径相差较大（15. 28）,但都是（ABO3）钙钛矿型结构

38、，Ti4+、Zr4+都填充八面体空隙，该空隙体积较大，可填入的阳离子的半径r值可在一定范围内变化，而不至于使结构变化。3-27 CeO2 为萤石结构，其中加入15mol%CaO形成固溶体，测得固溶体密度d7.01g/cm3，晶胞参数a0.5417nm，试通过计算判断生成的是哪一种类型固溶体。已知原子量Ce 140.12，Ca 40.08，O 16.00。解：对于CaO-CeO2固溶体来说，从满足电中性来看，可以形成氧离子空位的固溶体也可形成Ca2+嵌入阴离子间隙中的固溶体，其固溶方程为： 对于置换式固溶体有 x=0.15，1-x=0.85，2-x=1.85，所以置换式固溶体化学式Ca0.15C

39、e0.85O1.85。有因为CeO2属于萤石结构，晶胞分子数Z=4，晶胞中有Ca2+、Ce4+、O2-三种质点。晶胞质量对于间隙固溶体，其化学式Ca2yCe1-yO2，与已知组成Ca0.15Ce0.85O1.85相比，O2-不同，Ca0.15Ce0.85O1.85Ca0.152/1.85Ce0.832/1.85O2间隙式固溶体化学式Ca0.132/1.85Ce1.7/1.85O2同理可得实测密度为d=7.01 ，接近于d24-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。解：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，架状SiO4断裂，在

40、熔体中形成了各种聚合程度的聚合物。中期：缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲，层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多，同时Si-O-Si键角发生变化。4-13一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃，它的退火点是544，软化点是780。求：（1）这种玻璃粘性流动的活化能；（2）它的工作范围；（3）它的熔融范围。解：（1）根据公式：退火点544， =1012 Pas， T=544+273=817K, 软化点为780，=4.5106 Pas，T=780+273=1053K, 联立（1），（2）式解得：1.3910-12 Pas，=373.13kJ/mol（2）工作温

41、度范围粘度一般为103107Pa.s根据公式：当=103 Pas时，T=1311.9K=1038.9当=107 Pas时，T=1033.6K=760.6所以工作温度范围是：1038.9760.6（3）熔融范围粘度一般是10100 Pa.s当=10 Pas时，T=1516.0K=1243.0当=100 Pas时，T=1406.6K=1133.6所以熔融温度范围是1243.01133.64-18有一种玻璃组成（wt）为Na2O14、CaO13、SiO273，其密度为2.5g/cm3。（1）计算该玻璃的原子堆积系数（AFP）及结构参数值？（2）若用纯碱、石灰石和石英砂作原料，用1000kg石英砂熔制

42、该玻璃，问其他两种原料各需多少？解：（1）该玻璃的平均分子量 GM=0.1462+0.1356+0.7360.02=59.77 在13中原子数为 n=2.510-246.021023/59.77 =0.252个/3 在13原子所占体积 V=0.02524/30.1420.983+0.131.063+0.730.393+（0.14+0.13+0.732）1.323 =0.4685 AFP=0.46 结构参数： Na2OCaOSiO2wt%141373mol0.230.231.22mol%13.713.772.6R=(13.7+13.7+72.6 2)/ 72.6=2.38 Z=4 X=2R-Z=

43、2.382-4=0.76 Y=Z-X= 4-0.76=3.24 （2）石英砂为1000kg，则需要纯碱（Na2CO3）： 需要石灰石（CaCO3）：形成间隙固溶体，存在间隙Ca离子5-9 20时苯的表面张力为0.0289N/m，其饱和蒸气压为10013Pa，若在20时将苯分散成半径为106m的小滴，计算：（1）苯滴上的附加压力；（2）苯滴上的蒸气压与平面上苯液饱和蒸气压之比。解：（1）根据公式，可算得P=20.0289/106=5.78104 N （2）根据开尔文方程，简化为查得苯的密度为879kg/m3将已知数据代入公式右边= =0.002=苯滴上的蒸气压与平面上苯液饱和蒸气压之比= =1.0025-10 20时，水的饱和蒸气压力为2338Pa，密度为998.3kg/m3，表面张力为0.07275N/m，求半径为109m的水滴在20时的饱和蒸气压为多少？解 ：根据公式，可算得P=20.07275/109=1.455108 N/m2根据开尔文方程，简化为，将已知条件代入可算得：=1.077 P=6864Pa最后算得半径为109m的水滴在20时的饱和蒸气压P为6864Pa5-14若在101325Pa，100的水中产生了一个半径为108m的小气泡，问该小气泡能否存在并长大？此时水的密度为958kg/m3，表面张力为0.0589N/m。解：