无机材料科学基础Ⅱ学习通超星期末考试答案章节答案2024年

无机材料科学基础Ⅱ学习通超星期末考试章节答案2024年计算CdI2晶体中的I-及CaTiO3的O2-电价是否饱和？（所谓饱和，即通过计算所得到阴离子所带电荷数正好等于其所在分子式中的化学价态。）

答案:Cdl2晶体中Cd2+的配位数CN=6，每个Cd2+处在6个I-组成的八面体中心，每个I-与三个在同一边的Cd2+相连，且I-的配位数CN=3。所以，即I-电价饱和。CaTiO3晶体中，Ca2+的配位数CN=12，Ti4+的配位数CN=6，O2-的配位数CN=6，结构中Ca2+和O2-一起构成面心立方最紧密堆积，Ca2+位于顶角，O2-位于面心，Ti4+位于体心，处于的配位多面体是[OCa4Ti2]。所以，即O2-电价饱和。名词解释：弗伦克尔缺陷肖特基缺陷热缺陷浓度

答案:1、弗伦克尔缺陷指能量足够大的质点离开正常格点后挤入晶格间隙位置，形成间隙质点，而原来位置上形成空位，其特点是空位和间隙质点成对出现，晶体的体积不发生改变。2、肖特基缺陷正常格点上的质点获得能量后离开平衡位置迁移到新表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部正常格点上留下空位。3、热缺陷浓度设构成完整晶体的总节点数为N，在TK温度时形成n个孤立热缺陷，则用n/N表示热缺陷在总节点中所占分数，即热缺陷浓度。4、热缺陷热缺陷又称为本征缺陷，是指晶体温度高于绝对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。CeO2为萤石结构，其中加入15%（摩尔分数）CaO形成固溶体，测得固溶体密度d=7.01g/cm3，晶胞参数α=0.5417nm，试通过具体的计算判断生成的是哪一种类型固溶体。已知原子Ce：140.12，Ca：40.08，O：16.00。

答案:计算得到6.989g/cm3接近7.01g/cm3，形成间隙固溶体，存在间隙Ca2+离子。MgO的密度是3.58g/cm3，其晶胞参数是0.42nm，计算单位晶胞中MgO的肖特基缺陷数。已知原子量：Mg;24.31;

O是16.00.

答案:7177个空位。影响置换型固溶体形成的因素有哪些?各因素是怎么影响的？

答案:影响形成置换型固溶体主要因素：（1）晶体结构因素。基质晶体与外来组分结构类型相同，是形成完全互溶固溶体的必要条件。对部分互溶固溶体，若基质晶体与外来组分的结构相同，则溶解度通常较大。（2）尺寸因素。(r1-r2)/r1<15%，才有可能形成溶解度较大甚至完全互溶固溶体；(r1-r2)/r1=15%~40%，则形成部分互溶固溶体；(r1-r2)/r1>40%，则不能形成固溶体。（3）电价因素。只有等价离子置换才有可能形成完全互溶的固溶体，不等价离子置换仅可能形成部分互溶固溶体。（4）电负性因素。电负性差值小，有利于形成固溶体；电负性差值大，倾向于形成化合物。除上述因素，还有场强、能量效应、化学亲和力大小、温度和压力等影响因素。试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性质上的区别。

答案:结构上，石英晶体中硅氧四面体按共顶方式，严格规则排列，远程有序；石英熔体处于固态和气态之间的状态，基本结构单元[SiO4]呈架状结构，远程无序；Na2O·2SiO2熔体基本结构单元为[Si6O18]12-，呈六节环或八节环，远程无序。性质上，石英晶体是固体，无流动性，熔点高，硬度大，导电性差，结构稳定，化学稳定性好；石英熔体具有流动性，粘度大，电导率大，表面张力大；Na2O·2SiO2有流动性，粘度小于石英熔体，电导率大，表面张力大。自由度

答案:在一定范围内，可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量称为自由度。确定下列已达化学平衡体系的独立组元数、相数和自由度数。(1)加热到2273.15K的水蒸气，气相中还有H2、O2、OH、O与H；(2)HgO(s)、Hg(s)和O2(g)；(3)Fe(s)、FeO(s)、CO(g)和CO2(g)。

答案:(1)水蒸气加热到2273.15K，气相中建立的平衡关系为：H2O(g)=H2(g)+O2(g)体系中能独立存在的物种为H2O(g)、H2(g)和O2(g)，存在浓度关系满足P(H2)=2P(O2)条件，所以体系的独立组元数C=1，相数P=1，自由度数F=2，如果温度恒定则自由度数F=1。(2)在HgO(s)、Hg(s)和O2(g)的体系中存在下列平衡关系：HgO(s)=Hg(g)+1/2O2(g)气相中浓度关系满P(Hg)=2P(O2)条件。因此体系的独立组元数C=1，相数P=2，自由度数F=1。(3)在Fe(s)、FeO(s)、CO(g)和CO2(g)体系中存在下列反应：FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)因此独立组元数C=3，相数P=3，自由度数F=2。已知固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题?

答案:有问题，根据吉布斯相律知，F=C-P+n=1-P+2，则当F=0时Р取最大P=3，则硫系统最多只能是三相平衡共存。什么是吉布斯相律？

答案:吉布斯相律即在相平衡系统中，系统的自由度数F组元数C相数Р和对系统的平衡状态能够发生影响因素数n之间的关系为:F=C-P+n。名词解释：1）一致熔融化合物2）不一致熔融化合物

答案:1）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，加热这样的化合物到熔点时，即熔化为液态，所产生的液相与化合物的晶相组成相同。2）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另一种晶相﹐二者组成与原来化合物组成完全不同。/star3/origin/cca26d9d35cc8332a42d2a3bd89a653e.png

答案:(1)六方钙长石熔点约1280°C(B点)，正钙长石熔点约1170°C(C点)，三斜钙长石的熔点约为1550C(A点)。(2)三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型，两者的多晶转变温度约为300°C低于两种晶型的熔点。(3)正交晶型是介稳态。因为正交晶型与相应条件下六方和三斜晶型相比有较大的蒸气压，即能量较高，处于介稳态。假定碳在α-Fe（体心立方）和γ-Fe（面心立方）中的扩散系数分别为：Dα=0.0079exp(-83600/RT)cm2/s；Dγ=0.21exp(-141284/RT)cm2/s，计算800℃时各自的扩散系数，并解释其差别。

答案:【解】将T=1073K代入题中两式分别得Dα1073=6.7×10-7cm2/sDγ1073=2.7×10-8cm2/s。原因:扩散介质结构对扩散有很大影响。α-Fe为体心立方，而γ-Fe为面心立方，体心立方较面心立方疏松。结构疏松，扩散阻力小而扩散系数大。实验测得不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2×10-9cm2/s(736°C)、5×10-9cm2/s(782°C)、1.3×10-8cm2/s(838°C)。(1)判断该实验结果是否合理；(2)计算扩散活化能，并求出在500°C时碳的扩散系数。

答案:【解】(1)D1=2×10-9

cm2/s

(T1=1009K)D2=5×10-9

cm2/s

(T2=1055K)D3=1.3×10-8

cm2/s

(T3=1111K)将D1、D2和T1、T2代入公式D=D0exp(-Q/RT)可求得Q1=176290J/mol；同理将D2、D3和T2、T3代入公式D=D0exp(-Q/RT)可求得Q2=166274J/mol。Q1≈Q2，可以认为该实验符合公式；(2)

由上步可知Q=2342787J/mol；将T=773K代入公式D=D0exp(-Q/RT)可求得D733=1.87×1010-46

cm2/s。Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-4cm2/s；450°C时的扩散系数为1.0×10-4cm2/s，求:(1)扩散活化能和D0；(2)750℃时的扩散系数；(3)根据你对结构的了解，请从运动的观点和缺陷的产生来推断活化能的含义。

答案:【解】(1)由D=D0exp(-Q/RT)，得：Q=48856J/mol，D0=0.339cm2/s(2)把T=(750+273)=1023K代入D=D0exp(-Q/RT)得D1023k=1.085×10-3cm2/s(3)活化能的含义：扩散粒子从一个位置移动到另一个位置需要克服的能垒。解释并区分下列概念:（1）稳定扩散与不稳定扩散;（2）本征扩散与非本征扩散；（3）自扩散与互扩散；（4）扩散系数与扩散通量。

答案:(1）稳定扩散∶是指扩散物质的浓度分布不随时间变化的扩散过程，使用菲克第一定律可解决稳定扩散问题。不稳定扩散：是指扩散物质浓度分布随时间变化的一类扩散，这类问题的解决应借助于菲克第二定律。(2）本征扩散：不含有任何杂质的物质中由于热起伏引起的扩散。非本征扩散：由于杂质引入引起的扩散。(3）自扩散：一种原子或离子通过由该种原子或离子所构成的晶体中的扩散。互扩散：两种或两种以上的原子或离子同时参与的扩散。(4)）扩散系数：当浓度为一个单位时，单位时间内，垂直通过扩散方向x的物质流量。扩散通量：单位时间垂直通过扩散方向x的单位面积的物质的流量。下列有关质点扩散的说法，正确的是()。

答案:固溶体中，溶剂原子和溶质原子都会发生扩散下列元素中在γ-Fe中的扩散系数活化能最小的是()。

答案:С对于A、B两种原子形成的固溶体，下列说法正确的是()。

答案:形成置换型固溶体时，A、B两种原子都会发生扩散一般来说，下列几种扩散方式中，扩散速率最快的是()。

答案:表面扩散下列点阵不属于布拉维点阵的是()。

答案:密排六方密排六方和面心立方均属密排结构，它们的不同点是()。

答案:原子密排面的堆垛方式不同构成层状硅酸盐[Si4O10]4-片中的Si4+通常被一定数目的Al3+所取代，为满足鲍林第二规则(静电价规则)，在层结构中结合有OH-和各种二价或三价金属离子，这种以Al3+取代Si4+的现象称()。

答案:同晶置换同一种物质在面心立方结构晶体中的扩散系数()在体心立方结构晶体中的扩散系数。

答案:小于同一种物质在晶体中的扩散系数()在玻璃中的扩散系数。

答案:小于气体通过玻璃的渗透率随玻璃中以下物质含量的增加而增加()。

答案:网络形成离子ZrO2晶体结构中，O2-作简单立方堆积，Zr4+填充()。

答案:1/2立方体空隙在离子型材料中，影响扩散的缺陷来自两方面:(1)热缺陷(肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷);(2)掺杂点缺陷(组成缺陷)。由掺杂点缺陷引起的扩散称为()。

答案:非本征扩散气体通过玻璃的渗透率随玻璃中以下物质含量的增加而增大()。

答案:网络形成离子当温度不变时，硅酸盐熔体中的聚合物种类、数量与熔体组成(O/Si比)有关。O/Si比值增大，表示碱性化合物含量增加，这时熔体中的()。

答案:高聚体数量减少从键型考虑，形成玻璃的理想键型为()

答案:极性共价键熔体转变成玻璃体的过程中，Tf为玻璃的软化温度，对应黏度为()Pa·s。

答案:108熔体中加入具有表面活性的组分，如B2O3、PbO、K2O等，则这些组分将富集于表面层，从而()表面张力。

答案:降低在硅酸盐熔体中，当O/S比值增高时，相应熔体组成和性质的变化:(1)熔体中破性氧化物含量()(2)非桥氧百分数(

A

)(3)低聚物数量(

A

)(4)熔体黏度(

C

)(5)熔体析晶倾向(

A

)

答案:升高硅酸盐晶体与玻璃体的不同之处在于()。

答案:存在于晶体各个组成不同的构造单元(络阴离子团)有规律地周期性重复排列，而玻璃体中的各种构造单元的排列是近程有序，远程无序结构作用介于玻璃网络形成体和网络改变体之间的氧化物(网络中间体)，其单键强度力()。

答案:250~335kJ/mol不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，处于网络外的氧化物(即网络改变体或网络修饰体)，其单元键强度为()。

答案:<250kJ/mol能单独形成玻璃的氧化物(网络形成体)其单键强度为()。

答案:>335kJ/mol在简单碱金属硅酸盐熔体R2O-SiO2中，正离子R+的含量对熔体的黏度颇具影响。当R2O含量较高，即O/S比值较大时，降低黏度的次序为:K+>Na+>Li+，这是因为()。

答案:[SiO4]连接方式已接近岛状，四面体基本靠R-O键相连，R+半径越大，R-O键力越弱当熔体与组成不变时，硅酸盐熔体中各级聚合体的数量与温度的关系是:温度升高，()。

答案:高聚体的数量减少硅酸盐熔体中同时存在许多聚合程度不等的负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加，O/Si比值增大，这时熔体中()。

答案:低聚体数量增多非化学计量化合物Cdl+xO，由于在化学组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是()。

答案:间隙正离子在Al2O3中掺入0.5%(摩尔分数)NiO和0.02%(卓尔分数)Cr2O3所制成的金黄色人造黄玉，经分析认为是形成了置换型固溶体，于是此人造黄玉的化学式可写成()。

答案:Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975体心立方(bcc)结构的Fe中只能溶入微量C，而面心立方(fcc)结构的Fe中的溶解度则大得多，这是因为()。

答案:fcc间隙尺寸比较大关于晶体中间隙原子的说法，正确的是()。

答案:间隙原子形成能较空位形成能大非化学计量化合物产生与缺陷浓度与下列何种因素无关()。

答案:杂质组成固溶体的两组完全互溶的必要条件是()。

答案:两组元的晶体结构相同半导体Fe1-xO晶体的导电机理是()。

答案:空穴导电在Fe1-xO晶体中，随氧分压增大，晶体的电导率()。

答案:升高根据硅酸盐晶体结构的特点，下面四种说法中哪种不正确()。

答案:结构中Si4+和A13+可以相互取代在n个球构成的六方或面心立方最紧密堆积中，存在四面体空隙数为()。

答案:2n个在n个球构成的六方或面心立方最紧密堆积中，存在八面体空隙数为()。

答案:n个氯化钠(NaCl)晶体结构中，Cl-作面心立方最紧密堆积，Na+填充()。

答案:全部八面体空隙MgO晶体结构中，O2-作面心立方最紧密堆积，Mg2+填充()。

答案:全部八面体空隙闪锌矿(立方ZnS)晶体结构中，S2-作面心立方最紧密堆积，Zn2+填充()。

答案:1/2四面体空隙纤锌矿(六方ZnS)晶体结构中，S2-作六方最紧密堆积，Zn2+填充()。

答案:1/2四面体空隙萤石(CaF2)晶体结构中，Ca2+作面心立方最紧密堆积，F-填充()。

答案:全部四面体空隙对于结构类型相同的离子晶体，其晶格能越

，则其熔体的表面张力越大;其单位晶胞边长越

，熔体的表面张力越大。

答案:大;小足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的物质称为

。

答案:独立组元固相反应过程主要包括

和

两个步骤。

答案:界面上的化学反应;产物内部物质传递和

是生成玻璃的重要标志，

是形成玻璃的重要条件。

答案:黏度;熔点;冷却速率是区分玻璃与其他非晶态固体的重要特征。

答案:玻璃化转变温度根据外来组元在基质晶体中所处位置不同，可将固溶体分为

和

两类。

答案:置换型固溶体;间隙型固溶体MgAl2O4尖晶石结构中，Mg2+填入（

）的（

）空隙，Al3+填入（

）和（

）空隙。

答案:1/8;四面体;1/2;八面体NaCl晶体结构中，（

）作面心立方密堆积，（

）填入全部八面体空隙，单位晶胞内含有（

）个分子。

答案:Cl-;Na+;4离子配位数指的是一个离子临近周围异号离子的个数。在CsCl晶体结构中，Cs+配位数为(

)，Cl-配位数为(

)，单位晶胞内含有(

)个分子。

答案:8;8;1按构成晶体中质点的键型分类，晶体可分为（

）、（

）、（

）、（

）四类，他们对应键的类型分别为（

）、（

）、（

）和（

）。

答案:原子晶体;分子晶体;离子晶体;金属晶体;共价键;分子键;离子键;金属键点缺陷一般分成

、

和

。

答案:晶格位置缺陷;组成缺陷;电荷缺陷按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐晶体结构可以分成____、____、____、____和____几种类型。硅酸盐晶体就是由一定的硅氧结构单元通过其他____联系起来而形成的。

答案:岛状;组群状;链状;层状;架状;金属离子若将离子晶体中的质点视为球体，则不等径球的最紧密堆积通常是

作等径球的最紧密堆积，

填充空隙。

答案:阴离子;阳离子若将离子晶体中的质点视为球体，则等径球的最紧密堆积方式有

和

两种，这两种堆积方式中都存在空隙，它们的空间利用率都为

。

答案:面心立方;六方密堆积;74.05%扩散的推动力是

，上坡扩散指的是

。

答案:化学位梯度;低浓度向高浓度的扩散比较下列几种情况扩散系数的大小，在空白处填入“大于”“等于”或“小于”:(1)同一物质在晶体中

在玻璃中;(2)同一物质在面心立方结构晶体中

在体心立方结构晶体中;(3)间隙型固溶体

置换型固溶体。

答案:小于;小于;大于一般扩散粒子和扩散介质性质差别越

，则扩散系数就越大。

答案:大对于三元凝聚系统，其相律的数学表达式为

，系统中最多为

相共存，自由度最大为

。

答案:F=4-P;4;3对于二元凝聚系统，其相律的数学表达式为

，系统中最多为

相共存，自由度最大为

。

答案:F=3-P;3;2变体间的转变可分为

和

两类，其中对生产和使用影响较大的是

。

答案:重建性转变;位移性转变;位移性转变从键型考虑，形成玻璃的理想键型为

，SiO2中Si-O键含共价键成分为

。

答案:极性共价键或半金属共价键;50%熔体结晶化过程包括

和

两个过程。

答案:晶核的形成;晶体的长大根据泰曼曲线可知，玻璃形成的动力学条件为晶体生长最大速度与晶核生成最大速率所对应的温度相差越

，也即析晶区域越

，则越易形成玻璃。

答案:大;小温度是区分玻璃与其他非晶态固体(如硅胶等)的重要特征。在

温度下，玻璃可以拉制成丝。

答案:玻璃化转变;玻璃软化像Na2O、Li2O等没有表面活性，能增加表面张力的物质称为

。表面张力随着温度的升高而

。

答案:表面惰性物质;降低熔体内原子(离子或分子)的化学键型对其表面张力的影响规律是:

。

答案:金属键>共价键>离子键>分子键硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度(数量)受

和

两个因素的影响，其黏度随温度的变化是

(连续/不连续)的。

答案:组成;温度;不连续在外界条件(温度、压力等)一定的情况下，对于氧化物系统而言，影响固溶度的最主要的因素是

、

、

。

答案:离子半径大小;晶体结构类型;电价形成连续固溶体的充分必要条件是溶质和溶剂满足

和

两个条件。

答案:结构相同;∆r<15%电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会产生

。例如在NaCl晶体中，所产生的该反应过程式可表示为:

。

答案:缔合中心当质点的能量足够大，离开正常格点后挤入到晶格间隙中形成间隙质点，而原来位置上形成空位，这种缺陷称之为

，其特点是空位和间隙质点

，晶体的体积

(发生/不发生)改变。

答案:弗伦克尔缺陷;成对出现;不发生若AB2O4为正尖晶石，则A离子占据____，B离子占据____。正尖晶石与反尖晶石互为____。如果用()表示四面体位置，用[]表示八面体位置，则反尖晶石结构式可表示为____。

答案:四面体空隙;八面体空隙;倒反结构;(BCaF2为萤石型结构，其中Ca2+形成____立方堆积，其配位数是____，所形成的立方配位多面体结构式为____。一个晶胞中所含分子数Z为____。

答案:面心;8;[CaF8];CaF8;4传统上的无机材料是指____为主要成分制成的材料，因此又称硅酸盐材料，主要有____、____、____、____四种。

答案:以SiO2及其硅酸盐化合物;水泥;陶瓷;玻璃;耐火材料自扩散

答案:单元系统中质点在自身晶格中的迁移，也指质点迁移的结果使各部分浓度不发生变化，相应扩散系数称为自扩散系数。泰曼温度

答案:称烧结温度，指固态物质开始烧结的温度，也即固体质点具有明显可动性，烧结以可度量的速度进行。本征扩散

答案:由固体本身热运动所产生的点缺陷作为迁移载体的扩散。无序扩散

答案:不存在化学位梯度时的扩散，即质点迁移随机地朝向任意方向进行，相应扩散系数称为无序扩散系数。固体表面力

答案:固体表面由于质点排列的周期重复性中断而使处于表面边界上的质点力场对称性破坏所表现出的剩余结合力。不可逆多晶转变

答案:指高能量的介稳相向能量相对较低的稳定相之间的转变，相图上的特征是多晶转变温度（虚拟）高于两种晶型的熔点。可逆多晶转变

答案:指加热和冷却时在多晶转变点晶型之间发生互为可逆的变化，反映在相图上的特征是多晶转变温度低于两种晶型的熔点。析晶

答案:也称结晶，指从熔体或玻璃中产生晶体的过程，包括晶核生成和晶体长大两个过程。分相

答案:指玻璃在冷却过程中或在一定温度下热处理时，由于内部质点迁移，某些组分偏聚从而形成化学组成不同的两个相。网络形成体

答案:指单键强度＞335kJ/mol，能单独形成网络结构，也即能单独形成玻璃的氧化物，其阳离子称为网络形成离子。网络中间体

答案:指单键强度介于250~335kJ/mol

之间，能帮助扩大玻璃网络结构，但不能独自形成玻璃的氧化物，其阳离子称为网络中间离子。网络改变体

答案:也称网络外体，指单键强度＜250kJ/mol，起破坏玻璃网络结构作用并最终导致结晶的氧化物，其阳离子称为网络改变离子。单键强度

答案:定义为氧化物的离解能（离解为气态原子时所需的总能量）除以该氧化物正离子配位数所得的商。解聚

答案:指熔体中的高聚物在升温或游离氧作用下分化形成低聚物的过程。缩聚

答案:指熔体中的复合阴离子团（聚合物）随温度或游离氧的降低，其低聚物相互作用形成级次较高聚合物同时释放出部分游离氧的过程。固溶度

答案:固溶体中溶质的最大含量，也即溶质在溶剂中的极限溶解度。非化学计量化合物

答案:化学式中原子组成偏离给定整数比的化合物。非本征缺陷

答案:即组成缺陷或杂质缺陷，指由于基质晶体中固溶引人的杂质质点所引起的缺陷。离子极化率

答案:指在外电场作用下，离子自身变形的难易程度，即变形性的大小，反映离子本身被极化的难易。离子极化

答案:当离子作密堆积时，带电离子所产生的电场对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形的现象。晶格能

答案:又名点阵能，指将一摩尔的离子晶体中各离子拆散成气态所需的能量，是离子间结合力的一个度量。电子亲和能

答案:指气态原子获得一个电子时所放出的能量，元素的电子亲和能越大，则越易获得电子形成负离子。试说明“无规则网络学说”认为AmBn形成玻璃须满足哪些条件？

答案:答：须满足五个条件：①每个O2-最多与两个An+相结合；②围绕An+的O2-数目不应过多，一般3~4个；③网络中这些氧多面体以共顶相连，不能以共棱共面相连；④每个氧多