无机材料科学基础课后答案
51页1、第六章答案6-1 略。6-2 什么是吉布斯相律?它有什么实际意义?解:相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律,又称吉布斯相律,用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F C P 2。其中 F 为自由度数, C 为组分数, P 为相数, 2 代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。6-3 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?解:有问题,根据相律,F=C-P+2=1-P+2=3-P,系统平衡时,F=0,则 P=3,硫系统只能是三相平衡系统。图 6-1图 6-26-4 如图 6-1 是钙长石(CaAl 2Si2O)的单元系统相图,请根据相图回解:(1)六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少?(2)三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的?你是如何判断出来的?(3)正交晶型是热力学稳定态?还是介稳态?解:(1)六方钙长石熔点约 1300(B 点),正钙长石熔点约 1180(C 点),三斜钙长石的熔点约为 1750(A 点)。(2)三斜与
2、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。(3)正交晶型是介稳态。6-5 图 6-2 是具有多晶转变的某物质的相图,其中 DEF 线是熔体的蒸发曲线。 KE 是晶型 I的升华曲线; GF 是晶型 II 的升华曲线; JG 是晶型 III 的升华曲线,回答下列问题:(1)在图中标明各相的相区,并写出图中各无变量点的相平衡关系;(2)系统中哪种晶型为稳定相?哪种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变?解:(1) KEC 为晶型的相区, EFBC 过冷液体的介稳区, AGFB 晶型的介稳区, JGA 晶型的介稳区, CED 是液相区, KED 是气相区;(2)晶型为稳定相,晶型、为介稳相;因为晶型、的蒸汽压高于晶型的,即它们的自由能较高,有自发转变为自由能较低的晶型的趋势;(3)晶型转变为晶型、是单向的,不可逆的,多晶转变点的温度高于两种晶型的熔点;晶型、之间的转变是可逆的,双向的,多晶转变点温度低于、的熔点。6-6 在 SiO2系统相图中,找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。解
3、:可逆多晶转变:-石英-石英 -石英-鳞石英不可逆多晶转变:-方石英-石英 -鳞石英-石英6-7C2S 有哪几种晶型?在加热和冷却过程中它们如何转变?-C 2S 为什么能自发地转变成-C 2S?在生产中如何防止 -C 2S 转变为 -C 2S?解:C 2S 有 、 、 、 四种晶型,它们之间的转变如右图所示。由于 -C 2S 是一种热力学非平衡态,没有能稳定存在的温度区间,因而在相图上没有出现 -C 2S 的相区。C 3S和 -C 2S 是硅酸盐水泥中含量最高的两种水硬性矿物,但当水泥熟料缓慢冷却时,C 3S 将会分解,-C 2S 将转变为无水硬活性的 -C 2S。为了避免这种情况的发生,生产上采取急冷措施,将 C3S 和 -C 2S 迅速越过分解温度或晶型转变温度,在低温下以介稳态保存下来。6-8 今通过实验测得如图 6-3 所示的各相图,试判断这些相图的正确性。如果有错,请指出错在何处?并说明理由。图 6-3解:第一图错,B 组元有一个固定的熔点,因此液相线和固相线在 B 侧应交于一点。第二图错,A、B 组元具有一个低共熔点,因此 A、B 的两条液相线应交于一点。第三图错,析晶过程
4、中,达到共熔点后,系统进入低共熔过程,从液相中析出固溶体、,系统进入三相平衡状态,系统的温度不能变,因此中间的那条线应与 AB 平行。第四图错,具有低共熔点的有限固溶体二元系统相图中 固溶体不可能存在。第五图错,具有转熔点的有限固溶体二元系统相图中 固溶体不可能存在。6-9 根据图 6-4 所示的二元系统相图回解:(1)注明各相区;(2)写出无变量点的性质及其相平衡关系;(3)写出 M1和 M2熔体的平衡冷却析晶过程;(4)计算从熔体刚冷至TP温度及离开 TP温度时系统中存在各相的百分含量。解:(1)相区如图所示:(2)转熔点 P:低共熔点 E:(3)液:固:图 6-4液:固:(4) 点,刚到 时离开 时,点,刚到 时离开 时,6-10 图 6-5 为具有一个不一致熔融化合物的二元系统,在低共熔点 E 发生如下析晶的过程:L A AmBn。 E 点 B 含量为 20,化合物 AmBn含 B 量为 64,今有 C1和 C2两种配料,其配料点分置于 E 点两侧。已知 C1中 B 含量是 C2中 B 含量的 1.5 倍,且在达低共熔点温度前的冷却析晶过程中,从该二配料中析出的初晶相含量相等。
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