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无机材料物理化学课后答案.docx

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    • 为了适应公司新战略的发展,保障停车场安保新项目的正常、顺利开展,特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划无机材料物理化学课后答案  第一章几何结晶学基础  1-1.晶体、晶胞的定义;空间格子构造的特点;晶体的基本性质  1-2.参网页上的模型,运用对称要素组合定律,写出四方柱、六方柱、四方四面体、斜方双锥、六八面体、三方柱、复三方三角面体、四六面体的点群符号,并写出其所属的晶系和晶族  1-3.参阅网页上的模型,请确定单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六方双锥、和聚型中2、3、4号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行?  1-4.请写出单型三方柱、四方柱、四方双锥、六方柱、菱面体、斜方双锥各晶面的主要晶面符号  1-5.请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号:1、2、3、4两个对称面相互成1)60°、2)90°、3)45°、4)30°,可组合成什么点群?  1-6.由两根相交的二次轴互成1)90°、2)60°、3)45°、4)30°,可以组合成什么点群?试在面心立方格子中画出菱面体格子  1-7.一晶面在X、Y、Z轴分别截得2、4、6个轴单位,请写出此晶面符号。

      1-8.作图表示立方晶体的、、晶面  1-9.在六方晶体中标出晶面、、、、的位臵  1.答:晶体最本质的特点是其内部的原子、离子、或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成,晶体的空间格子构造有如下特点:结点空间格子中的点,在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位臵,因此也称为晶体结构中的等同点位臵行列结点在一维方向上的排列.空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向面网结点在平面上的分布构成面网空间格子中,不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网平行六面体空间格子中的最小单位它由六个两两平行且大小相等的面组成晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质,这些性质完全来源于晶体的空间格子构造晶体的基本性质主要包括以下五点:  1).自限性,指晶体在适当条件下自发形成封闭几何多面体的性质晶体的的多面体形态是其格子构造在外形上的反映暴露在空间的晶体外表,如晶面、晶棱与角顶分别对应其晶体空间格子中的某一个面网、行列和结点2).结晶均一性,指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质因为以晶体的格子构造特点衡量,晶体不同部分质点分布规律相同,决定了晶体的均一性3).对称性,指晶体中的相同部分在不同方向上或不同位臵上可以有规律地重复出现。

      这些相同部位可以是晶面、晶棱或角顶晶体宏观上的对称性反映了其微观格子构造的几何特征  4).各向异性,指晶体的性质因方向不同而具有差异如云母的层状结构显示了在不同方向上的结合强度不同从微观结构角度考虑,代表云母晶体的空间格子在不同方向上结点位臵的排列不同  5).稳定性,指在相同的热力学条件下,具有相同化学组成的晶体与气相、液相、非晶态相比,晶体具有最小内能,因此也是稳定的结构2.答:点群运用组合定律晶系晶族四方柱L44L25PC1,2,3四方中级六方柱L66L27PC  六方中级四方四面体Li42L22P4,5四方中级斜方双锥3L23PC1,2,3正交低级六八面体3L44L36L25等轴高级  9PC  复三方三角面L33L23PC1,2,3三方中级体  四六面体3L44L36L25等轴高级  9PC  三方柱Li63L23P4六方中级3答:略4.答:  三方柱晶面1(2110)晶面2(1210)晶面3(1120)晶面4(0001)晶面5(0001)  四方柱晶面1(100)晶面2(010)晶面3(100)晶面4(010)晶面5(001)晶面6(001)  四方双锥晶面1(h0l)晶面2(0kl)晶面3(h0l)晶面4(0kl)晶面晶面6(0kl)晶面7(h0l)晶面8(0kl)  六方柱晶面1(10l0)晶面2(01l0)晶面3(l100)晶面4(l010)晶面5(0l01)晶面6(1l00)晶面7(0001)晶面8(000l)  菱面体晶面1(h00l)晶面2(0k0l)晶面3(h00l)晶面4(0l0l)晶面晶面6(00il)  斜方双锥晶面1(hkl)晶面2(hkl)晶面3(hkl)晶面4(hkl)晶面5(hkl)晶面6(hkl)晶面7(hkl)晶面8(hkl)5.答:60°L33P90°L22P45°L44P30°L66P6.答:90°3L2  60°L33L245°L44L230°L66L2  7.答:略。

      632)8.答:略9.答:略  第二章晶体化学基础和无机化合物晶体结构  1-1.晶格能与哪些因素有关?已知MgO晶体具有氯化钠的结构型,其晶格常数a为,试计算MgO的晶格能  1-2.计算具有简单立方和体心立方结构金属晶胞的堆积密度  1-3.金属钼具有BCC结构,其晶格常数a为,试计算钼原子的半径金属铬的晶格常数a为,密度为/cm3,通过计算确定铬是简单立方、体心立方还是面心立方结构  1-4.在氧离子面心立方紧密堆积中,画出适合正离子填充的空隙形状和位臵,并分析八面体空隙和四面体空隙数分别与氧离子数有什么关系?1-5.比较面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的异同点  1-6.ThO2具有萤石结构:Th4+离子半径为,O2-离子半径为,试问1)实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致?2)结构是否满足鲍林规则  1-7.从负离子的立方密堆积出发,说明以下情况各产生什么结构类型:1)正离子填满所有四面体空隙位臵;2)正离子填满一半四面体空隙位臵;3)正离子填满所有八面体空隙位臵  1-8.在萤石晶体中Ca2+半径为,F-半径为,求萤石晶体的堆积密度?萤石晶体a=,求萤石的密度。

        1-9.根据教材中的萤石结构图,画出萤石晶胞的投影图,并注明Ca2+离子和F-离子的标高  1-10.下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型?:  CaMg[Si2O6]Ca2Al[AlSiO7]Mg[Si4O10](OH)2K[AlSi3O8]  1.答:因素为离子的电子结构离子的晶体结构类型正负离子平衡距离MgO的晶格能为KJmol-1  2.答:SC堆积密度为%,BCC堆积密度为%3.答:钼原子半径为铬是体心立方BCC结构4.答:四面体数:氧离子数=2:1,八面体数:氧离子数=1:15.答:略  6.答:半径计算得出Th4+应为六配位,由于ThO2为萤石结构,故不一致不满足多面体规则,电价规则可满足  7.答:1)反萤石结构2)闪锌矿结构3)NaCl型结构8.答:堆积密度为%,萤石的密度为cm39.答:图略  10.答:CaMg[Si2O6]单链状  Ca2Al[AlSiO7]组群状,双四面体Al3+离子一部分位于氧八面体空隙,  另一部分位于四面体空隙  Mg[Si4O10](OH)2层状  K[AlSi3O8]架状Al3+离子位于氧四面体空隙  第三章晶体的结构缺陷  3-1方镁石的密度是/cm3,其晶格常数是,计算MgO中每个晶胞  中肖特基缺陷的数目。

        3-21)在CaF2晶体中,弗兰克尔缺陷形成能为,肖特基缺陷的生成能为,  计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度?  2)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?请说明原因  3-3在下述晶体中,你认为何类缺陷占优势?1)用MgCl2掺杂的NaCl;2)用Y2O3掺杂的ZrO2;3)用YF3掺杂的CaF2;4)在一种还原性气氛中加热的WO33-4试写出下列缺陷方程:1)3)  2)4)  3-5当ZrO2添加到Y2O3中,为保持结构的电中性,在形成臵换型固溶体的同时,还产生正离子空位,写出其缺陷反应方程式  3-6高温结构材料Al2O3可以用ZrO2来实现增韧,也可以用MgO来促进Al2O3的烧结:1)如加入%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶体分子式;2)如加入%ZrO2和Xmol%MgO对Al2O3进行复合取代,试写出缺陷反应式、固溶体分子式,并求出X值  3-7ZnO属六方晶系,a=,c=,每个晶胞中含有2个ZnO分子,测得晶体密度分别为、/cm3,求两种情况下各产生什么型式的固溶体?  3-8非化学计量化合物FexO中,Fe3+/Fe2+=,求FexO中空位浓度及x值。

      答:平均每个晶胞对肖特基缺陷  2.答:⑴T1=298K,弗兰克缺陷浓度×10-24,肖特基缺陷浓度为×10-31;T2=1873K,弗兰克缺陷浓度×10-4,肖特基缺陷浓度为×10-5;⑵T=1600℃,热缺陷×10-4,杂质缺陷1×10-6,热缺陷占优势3.答:  4.答::①  ②  ③  ④  5.答:  6.答:①②7.答:略  8.答:,空位浓度[  第四章非晶态固体  ;;;和  ]=  晶体结构缺陷习题与解答  名词解释弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;刃型位错和螺型位错  解:当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中,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如果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错  试述晶体结构中点缺陷的类型以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号试举例写出CaCl2中2++  Ca置换KCl中K或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式  解:晶体结构中的点缺陷类型共分:间隙原子、空位和杂质原子等三种。

      在MX晶体中,间隙原子的表示符号为MI或XI;空位缺陷的表示符号为:VM或VX如果进入MX晶体的杂质原子是A,则其表示符号可写成:AM或AX以及Ai  2++  当CaCl2中Ca置换KCl中K而出现点缺陷,其缺陷反应式如下:  CaCl2???CaK+Vk+2ClCl  CaCl2中Ca进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为:  CaCl2???Cai+2Vk+2ClCl  在缺陷反应方程式中,所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么?  解:位置平衡是指在化合物MaXb中,M格点数与X格点数保持正确的比例关系,即M:X=a:b电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒  在MgO晶体中,肖特基缺陷的生成能为6ev,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度如果MgO晶体中,含有百万分之一mol的Al2O3杂质,则在1600℃时,MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因  解:根据热缺陷浓度公式:  n?G  )?exp在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质,缺陷反应方程为:  MgO''  Al2O3????2Al?Mg?VMg?3OO  此时产生的缺陷为[VMg]杂质。

      而由上式可知:[Al2O3]=[VMg]杂质  ''  ''  ∴当加入10Al2O3时,杂质缺陷的浓度为[VMg]杂质=[Al2O3]=10  -6  -6  ''  由计算结果可知:在1873K,[VMg]热=8×10  ''  ''  ''  -9  显然:[VMg]杂质>[VMg]热,所以在1873K时杂质缺陷占优势  对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol,计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度解:根据热缺陷浓度公式:  ?Gn  )?exp?e。

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