胡志強(qiáng)主編無(wú)機(jī)材料基礎(chǔ)教程習(xí)題答案1-13章

1、一、名詞解釋晶體、等同點(diǎn)、空間點(diǎn)陣、結(jié)點(diǎn)、對(duì)稱(chēng)、對(duì)稱(chēng)型、晶類(lèi)、單形、聚形、晶體定向、11晶體常數(shù)、12布拉菲格子、13晶胞、14晶胞參數(shù)、15空間群。解答：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體?；蚓w是具格子構(gòu)造的固體。晶體結(jié)構(gòu)中在同一取向上幾何環(huán)境和物質(zhì)環(huán)境皆相同的點(diǎn)稱(chēng)為等同點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣是表示晶體結(jié)構(gòu)中各類(lèi)等同點(diǎn)排列規(guī)律的幾何圖形?；蚴潜硎揪w內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的幾何圖形?？臻g點(diǎn)陣中的陣點(diǎn)，稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)。對(duì)稱(chēng)是指物體相同部分作有規(guī)律的重復(fù)。晶體結(jié)構(gòu)中所有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)要素（對(duì)稱(chēng)面、對(duì)稱(chēng)中心、對(duì)稱(chēng)軸和旋轉(zhuǎn)反伸軸）的集合稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)型，也稱(chēng)點(diǎn)群。將對(duì)稱(chēng)型相同的晶體歸為一類(lèi)，稱(chēng)為晶類(lèi)。單形是由一組同

2、形等大的晶面所組成，這些晶面可以借助其所屬對(duì)稱(chēng)型的對(duì)稱(chēng)要素彼此實(shí)現(xiàn)重復(fù)。也就是說(shuō)，單形是由對(duì)稱(chēng)要素聯(lián)系起來(lái)的一組晶面的集合。含有兩個(gè)或兩個(gè)以上單形的晶形稱(chēng)為聚形。晶體定向就是在晶體中確定坐標(biāo)軸（稱(chēng)晶軸）及軸單位或軸率（軸單位之比）。11晶體常數(shù)：晶軸軸率或軸單位，軸角。12所有晶體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣可劃分成十四種類(lèi)型的空間格子，這14種空間格子稱(chēng)布拉菲格子。13任何晶體都對(duì)應(yīng)一種布拉菲格子，因此任何晶體都可劃分出與此種布拉菲格子平行六面體相對(duì)應(yīng)的部分，這一部分晶體就稱(chēng)為晶胞。晶胞是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的最小單位。14表示晶體結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)（a、b、c，(bc)、(ac)、(ab)）稱(chēng)為晶胞常數(shù)，晶

3、胞參數(shù)也即晶體常數(shù)。15空間群是指一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中所有對(duì)稱(chēng)要素集合。二、（1）根據(jù)對(duì)稱(chēng)型國(guó)際符號(hào)寫(xiě)出對(duì)稱(chēng)型，并指出各對(duì)稱(chēng)要素的空間方位關(guān)系。    2/m；mm2；422；6/mmm。（2）寫(xiě)出下列對(duì)稱(chēng)型的國(guó)際符號(hào)    3L23pc、L4PC、Li4、L33P（3）下列晶形是對(duì)稱(chēng)型為L(zhǎng)4PC的理想形態(tài)，判斷其是單形或是聚形，并說(shuō)明對(duì)稱(chēng)要素如何將其聯(lián)系起來(lái)的。（4）下列單形能否相聚而成聚形四方柱、四方雙錐 菱面體、六方柱四角三八面體、平行雙面四方四面體、四方雙錐四面體、八面體斜方柱、四方雙錐解答：（1）L2PC，L2P，相交于

4、對(duì)稱(chēng)中心C。     L22P，兩個(gè)P相互垂直，其交線(xiàn)為L(zhǎng)2。     L44L2，在垂直L4的方向上有4個(gè)互成45°的L2。     L66L27PC，在垂直L6的方向上有6個(gè)互成30°的L2和6個(gè)互成30°的P，L2P，另外一個(gè)P垂直L6，其中心為C。（2）3L23PC-mmm(或 )     L4PC-4/m     Li4-   

5、  L33P-3m（3） (a)是由四方柱和平行雙面聚合而成的聚形，其中四方柱的四個(gè)面是通過(guò)L4操作而相互對(duì)稱(chēng)，而上下兩側(cè)的平行雙面通過(guò)P或C相互反應(yīng)而對(duì)稱(chēng)。          (b)為四方雙錐單型，四方雙錐的斜交的8個(gè)面通過(guò)L4和P或C彼此對(duì)稱(chēng)。（4）能、能、不能、能、不能、不能三、計(jì)算題（1）一個(gè)立方晶系晶胞中，一晶面在晶軸X、Y、Z上的截距分別為2a、1/2a 、2/3a，求此晶面的晶面指數(shù)。（2）一個(gè)四方晶系晶體的晶面，在X、Y、Z軸上的截距分別為3a、4a、6c，求該晶面的晶面指數(shù)。解

6、答：（1）在X、Y、Z軸上的截距系數(shù)：2、1/2、2/3。截距系數(shù)的倒數(shù)比為1/223/2=143晶面指數(shù)為：（143）      （2）此晶面與X、Y、Z軸的截距系數(shù)分別為3、4、6，其倒數(shù)之比為1/31/41/6=432，因此，該晶面的晶面指數(shù)為（432）四、填空題（1） 晶體的對(duì)稱(chēng)要素中點(diǎn)對(duì)稱(chēng)要素種類(lèi)有_、_、_ 、_ ，含有平移操作的對(duì)稱(chēng)要素種類(lèi)有_ 、_ 。它們分別是 _、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 。（

7、2） 晶族、晶系、對(duì)稱(chēng)型、結(jié)晶學(xué)單形、幾何單形、布拉菲格子、空間群的數(shù)目分別是 _、_ 、_ 、_ 、_ 、_ 。（3）晶體有兩種理想形態(tài)，分別是 _和 _。解答：（1） 對(duì)稱(chēng)面、對(duì)稱(chēng)中心、對(duì)稱(chēng)軸，旋轉(zhuǎn)反伸軸；滑移面、螺旋軸；C、m、1、2、3、4、6； =C 、 =m、 、 、 ；a、b、c、n、d；21、31、32、41、42、43、61、62、63、64、65。      （2） 3、7、32、146、47、14、230。      （3） 單形、聚形。五、試解釋下列對(duì)稱(chēng)型所表示的意義是什

8、么？6/m；解答：四次對(duì)稱(chēng)軸且有與其垂直的對(duì)稱(chēng)面；六、簡(jiǎn)答題（2）試述玻璃和晶體的差別。（3）晶胞與空間格子是何種關(guān)系？解答：（1）晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作有規(guī)律的重復(fù)排列，兼具短程有序和長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)。而玻璃的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)則呈近程有序而遠(yuǎn)程無(wú)序的無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或微晶子結(jié)構(gòu)。與非晶體比較晶體具有自限性、均一性、異向性、對(duì)稱(chēng)性、最小內(nèi)能和穩(wěn)定性。      （2）晶胞是指能夠充分反映整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)特征的最小結(jié)構(gòu)單位，晶體可看成晶胞的無(wú)間隙堆垛而成。晶胞的形狀大小與對(duì)應(yīng)的單位平行六面體完全一致，并可用與平行六面體相同的參數(shù)來(lái)表征晶胞的幾何特征。其區(qū)別是單

9、位平行六面體是不具任何物理、化學(xué)特征的幾何點(diǎn)（等同點(diǎn)）構(gòu)成的。而晶胞則是實(shí)在的具體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成。2-1 名詞解釋?zhuān)号湮粩?shù)與配位體，同質(zhì)多晶與多晶轉(zhuǎn)變，位移性轉(zhuǎn)變與重建性轉(zhuǎn)變，晶體場(chǎng)理論與配位場(chǎng)理論。答：配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中與一個(gè)離子直接相鄰的異號(hào)離子數(shù)。配位體：晶體結(jié)構(gòu)中與某一個(gè)陽(yáng)離子直接相鄰、形成配位關(guān)系的各個(gè)陰離子中心連線(xiàn)所構(gòu)成的多面體。同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同外界條件下（溫度、壓力、pH值等），結(jié)晶成為兩種以上不同結(jié)構(gòu)晶體的現(xiàn)象。多晶轉(zhuǎn)變：當(dāng)外界條件改變到一定程度時(shí)，各種變體之間發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從一種變體轉(zhuǎn)變成為另一種變體的現(xiàn)象。位移性轉(zhuǎn)變：不打開(kāi)任何鍵，也不改變?cè)幼钹徑呐湮粩?shù)，僅僅使結(jié)

10、構(gòu)發(fā)生畸變，原子從原來(lái)位置發(fā)生少許位移，使次級(jí)配位有所改變的一種多晶轉(zhuǎn)變形式。重建性轉(zhuǎn)變：破壞原有原子間化學(xué)鍵，改變?cè)幼钹徑湮粩?shù)，使晶體結(jié)構(gòu)完全改變?cè)瓨拥囊环N多晶轉(zhuǎn)變形式。晶體場(chǎng)理論：認(rèn)為在晶體結(jié)構(gòu)中，中心陽(yáng)離子與配位體之間是離子鍵，不存在電子軌道的重迭，并將配位體作為點(diǎn)電荷來(lái)處理的理論。配位場(chǎng)理論：除了考慮到由配位體所引起的純靜電效應(yīng)以外，還考慮了共價(jià)成鍵的效應(yīng)的理論。       圖2-1  MgO晶體中不同晶面的氧離子排布示意圖2-2 面排列密度的定義為：在平面上球體所占的面積分?jǐn)?shù)。（a）畫(huà)出MgO（NaCl型）晶

11、體（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布圖；（b）計(jì)算這三個(gè)晶面的面排列密度。解：MgO晶體中O2-做緊密堆積，Mg2+填充在八面體空隙中。（a）（111）、（110）和（100）晶面上的氧離子排布情況如圖2-1所示。（b）在面心立方緊密堆積的單位晶胞中， （111）面：面排列密度= （110）面：面排列密度= （100）面：面排列密度= 2-3 試證明等徑球體六方緊密堆積的六方晶胞的軸比c/a1.633。證明：六方緊密堆積的晶胞中，a軸上兩個(gè)球直接相鄰，a0=2r；c軸方向上，中間的一個(gè)球分別與上、下各三個(gè)球緊密接觸，形成四面體，如圖2-2所示：圖2-2 六方緊密堆積晶胞中 有關(guān)

12、尺寸關(guān)系示意圖 2-4 設(shè)原子半徑為R，試計(jì)算體心立方堆積結(jié)構(gòu)的（100）、（110）、（111）面的面排列密度和晶面族的面間距。解：在體心立方堆積結(jié)構(gòu)中： （100）面：面排列密度= 面間距= （110）面：面排列密度= 面間距= （111）面：面排列密度= 面間距= 2-5 以NaCl晶胞為例，試說(shuō)明面心立方緊密堆積中的八面體和四面體空隙的位置和數(shù)量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一個(gè)球（Cl-離子）為例，它的正下方有1個(gè)八面體空隙（體心位置），與其對(duì)稱(chēng)，正上方也有1個(gè)八面體空隙；前后左右各有1個(gè)八面體空隙（棱心位置）。所以共有6個(gè)八面體空隙與其直接相鄰，由于每個(gè)八面體空隙

13、由6個(gè)球構(gòu)成，所以屬于這個(gè)球的八面體空隙數(shù)為6×1/6=1。在這個(gè)晶胞中，這個(gè)球還與另外2個(gè)面心、1個(gè)頂角上的球構(gòu)成4個(gè)四面體空隙（即1/8小立方體的體心位置）；由于對(duì)稱(chēng)性，在上面的晶胞中，也有4個(gè)四面體空隙由這個(gè)參與構(gòu)成。所以共有8個(gè)四面體空隙與其直接相鄰，由于每個(gè)四面體空隙由4個(gè)球構(gòu)成，所以屬于這個(gè)球的四面體空隙數(shù)為8×1/4=2。2-6 臨界半徑比的定義是：緊密堆積的陰離子恰好互相接觸，并與中心的陽(yáng)離子也恰好接觸的條件下，陽(yáng)離子半徑與陰離子半徑之比。即每種配位體的陽(yáng)、陰離子半徑比的下限。計(jì)算下列配位的臨界半徑比：（a）立方體配位；（b）八面體配位；（c）四面體配位；（

14、d）三角形配位。解：（1）立方體配位在立方體的對(duì)角線(xiàn)上正、負(fù)離子相互接觸，在立方體的棱上兩個(gè)負(fù)離子相互接觸。因此：（2）八面體配位在八面體中，中心對(duì)稱(chēng)的一對(duì)陰離子中心連線(xiàn)上正、負(fù)離子相互接觸，棱上兩個(gè)負(fù)離子相互接觸。因此：（3）四面體配位在四面體中中心正離子與四個(gè)負(fù)離子直接接觸，四個(gè)負(fù)離子之間相互接觸（中心角 ）。因此：底面上對(duì)角中心線(xiàn)長(zhǎng)為： （4）三角體配位在三角體中，在同一個(gè)平面上中心正離子與三個(gè)負(fù)離子直接接觸，三個(gè)負(fù)離子之間相互接觸。因此：2-7 一個(gè)面心立方緊密堆積的金屬晶體，其原子量為M，密度是8.94g/cm3。試計(jì)算其晶格常數(shù)和原子間距。解：根據(jù)密度定義，晶格常數(shù)原子間距= 2-

15、8 試根據(jù)原子半徑R計(jì)算面心立方晶胞、六方晶胞、體心立方晶胞的體積。解：面心立方晶胞： 六方晶胞（1/3）： 體心立方晶胞： 2-9 MgO具有NaCl結(jié)構(gòu)。根據(jù)O2-半徑為0.140nm和Mg2+半徑為0.072nm，計(jì)算球狀離子所占據(jù)的體積分?jǐn)?shù)和計(jì)算MgO的密度。并說(shuō)明為什么其體積分?jǐn)?shù)小于74.05%？解：在MgO晶體中，正負(fù)離子直接相鄰，a0=2(r+r-)=0.424(nm)體積分?jǐn)?shù)=4×(4/3)×(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4×(24.3+16)/6.023×1023×(0.424×10-

16、7)3=3.5112(g/cm3)MgO體積分?jǐn)?shù)小于74.05%，原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414，正負(fù)離子緊密接觸，而負(fù)離子之間不直接接觸，即正離子將負(fù)離子形成的八面體空隙撐開(kāi)了，負(fù)離子不再是緊密堆積，所以其體積分?jǐn)?shù)小于等徑球體緊密堆積的體積分?jǐn)?shù)74.05%。2-10 半徑為R的球，相互接觸排列成體心立方結(jié)構(gòu)，試計(jì)算能填入其空隙中的最大小球半徑r。體心立方結(jié)構(gòu)晶胞中最大的空隙的坐標(biāo)為（0，1/2，1/4）。解：在體心立方結(jié)構(gòu)中，同樣存在八面體和四面體空隙，但是其形狀、大小和位置與面心立方緊密堆積略有不同（如圖2-3所示）。設(shè)：大球半徑為R，小球半徑為r

17、。則位于立方體面心、棱心位置的八面體空隙能夠填充的最大的小球尺寸為：位于立方體（0.5,0.25,0）位置的四面體空隙能夠填充的最大的小球尺寸為：2-11 純鐵在912由體心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成面心立方，體積隨之減小1.06%。根據(jù)面心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑R面心計(jì)算體心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑R體心。解：因?yàn)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)中，單位晶胞4個(gè)原子， ；而體心立方結(jié)構(gòu)中，單位晶胞2個(gè)原子， 所以， 解得：RF=1.0251RI，或RI=0.9755RF3-1 名詞解釋?zhuān)╝）螢石型和反螢石型（b）類(lèi)質(zhì)同晶和同質(zhì)多晶（c）二八面體型與三八面體型（d）同晶取代與陽(yáng)離子交換（e）尖晶石與反尖晶石答：（a）螢石型：CaF2型

18、結(jié)構(gòu)中，Ca2+按面心立方緊密排列，F(xiàn)-占據(jù)晶胞中全部四面體空隙。反螢石型：陽(yáng)離子和陰離子的位置與CaF2型結(jié)構(gòu)完全相反，即堿金屬離子占據(jù)F-的位置，O2-占據(jù)Ca2+的位置。（b）類(lèi)質(zhì)同象：物質(zhì)結(jié)晶時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)中部分原有的離子或原子位置被性質(zhì)相似的其它離子或原子所占有，共同組成均勻的、呈單一相的晶體，不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成在不同熱力學(xué)條件下形成結(jié)構(gòu)不同的晶體的現(xiàn)象。（c）二八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，若有三分之二的八面體空隙被陽(yáng)離子所填充稱(chēng)為二八面體型結(jié)構(gòu)三八面體型：在層狀硅酸鹽礦物中，若全部的八面體空隙被陽(yáng)離子所填充稱(chēng)為三八面體型結(jié)構(gòu)。（d）同晶取代：雜

19、質(zhì)離子取代晶體結(jié)構(gòu)中某一結(jié)點(diǎn)上的離子而不改變晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型的現(xiàn)象。陽(yáng)離子交換：在粘土礦物中，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的同晶取代主要發(fā)生在鋁氧層時(shí)，一些電價(jià)低、半徑大的陽(yáng)離子（如K+、Na+等）將進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)來(lái)平衡多余的負(fù)電荷，它們與晶體的結(jié)合不很牢固，在一定條件下可以被其它陽(yáng)離子交換。（e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)中，若A2+分布在四面體空隙、而B(niǎo)3+分布于八面體空隙，稱(chēng)為正尖晶石；反尖晶石：若A2+分布在八面體空隙、而B(niǎo)3+一半分布于四面體空隙另一半分布于八面體空隙，通式為B(AB)O4，稱(chēng)為反尖晶石。3-2 （a）在氧離子面心立方密堆積的晶胞中，畫(huà)出適合氧離子位置的間隙類(lèi)型及位置，八面體間隙位

20、置數(shù)與氧離子數(shù)之比為若干？四面體間隙位置數(shù)與氧離子數(shù)之比又為若干？（b）在氧離子面心立方密堆積結(jié)構(gòu)中，對(duì)于獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)各需何種價(jià)離子，其中：（1）所有八面體間隙位置均填滿(mǎn)；（2）所有四面體間隙位置均填滿(mǎn)；（3）填滿(mǎn)一半八面體間隙位置；（4）填滿(mǎn)一半四面體間隙位置。并對(duì)每一種堆積方式舉一晶體實(shí)例說(shuō)明之。解：（a）參見(jiàn)2-5題解答。（b）對(duì)于氧離子緊密堆積的晶體，獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)所需電價(jià)離子及實(shí)例如下：（1）填滿(mǎn)所有的八面體空隙，2價(jià)陽(yáng)離子，MgO；（2）填滿(mǎn)所有的四面體空隙，1價(jià)陽(yáng)離子，Li2O；（3）填滿(mǎn)一半的八面體空隙，4價(jià)陽(yáng)離子，TiO2；（4）填滿(mǎn)一半的四面體空隙，2價(jià)陽(yáng)離子，ZnO。3-

21、3 MgO晶體結(jié)構(gòu)，Mg2+半徑為0.072nm，O2-半徑為0.140nm，計(jì)算MgO晶體中離子堆積系數(shù)（球狀離子所占據(jù)晶胞的體積分?jǐn)?shù)）；計(jì)算MgO的密度。解：參見(jiàn)2-9題。3-4 Li2O晶體，Li+的半徑為0.074nm，O2-的半徑為0.140nm，其密度為1.646g/cm3，求晶胞常數(shù)a0；晶胞中Li2O的分子數(shù)。解：按照已知密度計(jì)算：根據(jù)已知離子半徑計(jì)算：LiO4的棱為小立方體的面對(duì)角線(xiàn)。從圖3-1所示尺寸關(guān)系知道：將已知數(shù)值代入上式并解方程得： 3-5 試解釋?zhuān)╝）在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，NaCl型結(jié)構(gòu)最多；（b）MgAl2O4晶體結(jié)構(gòu)中，按r+/r-與CN關(guān)系，Mg2+、Al3+

22、都填充八面體空隙，但在該結(jié)構(gòu)中Mg2+進(jìn)入四面體空隙，Al3+填充八面體空隙；而在MgFe2O4結(jié)構(gòu)中，Mg2+填充八面體空隙，而一半Fe3+填充四面體空隙。（c）綠寶石和透輝石中Si:O都為1:3，前者為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，后者為鏈狀結(jié)構(gòu)。答：（a）在AX型晶體結(jié)構(gòu)中，一般陰離子X(jué)的半徑較大，而陽(yáng)離子A的半徑較小，所以X做緊密堆積，A填充在其空隙中。大多數(shù)AX型化合物的r+/r-在0.4140.732之間，應(yīng)該填充在八面體空隙，即具有NaCl型結(jié)構(gòu)；并且NaCl型晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性較高，所以AX型化合物大多具有NaCl型結(jié)構(gòu)。（b）按照陽(yáng)、陰離子半徑比與配位數(shù)之間的關(guān)系，Al3+與Mg2+的配位數(shù)均應(yīng)該

23、為6，填入八面體空隙。但是，根據(jù)鮑林規(guī)則，高電價(jià)離子填充于低配位的四面體空隙時(shí)，排斥力要比填充八面體空隙中較大，穩(wěn)定性較差，所以Al3+填入八面體空隙，而Mg2+填入四面體空隙。而在MgFe2O4結(jié)構(gòu)中，由于Fe3+的八面體擇位能為0，可以進(jìn)入四面體或八面體空隙，當(dāng)配位數(shù)為4時(shí)，F(xiàn)e3+離子半徑0.049nm，Mg2+離子半徑0.057nm，F(xiàn)e3+在四面體空隙中更加穩(wěn)定，所以Mg2+填充八面體空隙、一半Fe3+填充四面體空隙。（c）綠寶石和透輝石中Si:O都為1:3。但是，綠寶石中的其它陽(yáng)離子Be2+和Al3+的離子半徑較小，配位數(shù)較小（4或6），相互間斥力較大，所以綠寶石通過(guò)SiO4頂角相

24、連形成六節(jié)環(huán)，再通過(guò)Be2+和Al3+將六節(jié)環(huán)連接起來(lái)，離子堆積結(jié)合狀態(tài)不太緊密，這樣晶體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。透輝石中是Mg2+和Ca2+，離子半徑較大，配位數(shù)較大（分別為6和8），相互間斥力較小，所以透輝石通過(guò)SiO4頂角相連形成單鏈，離子堆積結(jié)合狀態(tài)比較緊密。3-6敘述硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類(lèi)原則及各種類(lèi)型的特點(diǎn)，并舉一例說(shuō)明之。解：硅酸鹽礦物按照硅氧四面體的連接方式進(jìn)行分類(lèi)，具體類(lèi)型見(jiàn)表3-1。                 

25、60;           表3-1 硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型結(jié)構(gòu)類(lèi)型 共用氧數(shù) 形狀 絡(luò)陰離子 氧硅比 實(shí)例 島狀 0 四面體 SiO44- 4 鎂橄欖石Mg2SiO4 組群狀 12 六節(jié)環(huán) Si6O1812- 3.53 綠寶石Be3Al2Si6O18 鏈狀 23 單鏈 Si2O64- 32.5 透輝石CaMgSi2O6 層狀 3 平面層 Si4O104- 2.5 滑石Mg3Si4O10(OH)2 架狀 4 骨架 SiO2 2 石英SiO2 3-7 堇青石與綠寶石有相同結(jié)構(gòu)，分析其有顯著的離子電導(dǎo)

26、，較小的熱膨脹系數(shù)的原因。答：堇青石Mg2Al3AlSi5O18具有綠寶石結(jié)構(gòu)，以（3Al3+2Mg2+）置換綠寶石中的（3Be2+2Al3+）。6個(gè)SiO4通過(guò)頂角相連形成六節(jié)環(huán)，沿c軸方向上下迭置的六節(jié)環(huán)內(nèi)形成了一個(gè)空腔，成為離子遷移的通道，因而具有顯著的離子電導(dǎo)；另外離子受熱后，振幅增大，但由于能夠向結(jié)構(gòu)空隙中膨脹，所以不發(fā)生明顯的體積膨脹，因而熱膨脹系數(shù)較小。3-8 （a）什么叫陽(yáng)離子交換？（b）從結(jié)構(gòu)上說(shuō)明高嶺石、蒙脫石陽(yáng)離子交換容量差異的原因。（c）比較蒙脫石、伊利石同晶取代的不同，說(shuō)明在平衡負(fù)電荷時(shí)為什么前者以水化陽(yáng)離子形式進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元層，而后者以配位陽(yáng)離子形式進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元層。答

27、：（a）在粘土礦物中，如果AlO6層中部分Al3+被Mg2+、Fe2+代替時(shí)，一些水化陽(yáng)離子（如Na+、Ca2+等）進(jìn)入層間，來(lái)平衡多余的負(fù)電荷，在一定條件下這些陽(yáng)離子可以被其它陽(yáng)離子交換，這種現(xiàn)象稱(chēng)為陽(yáng)離子交換。（b）高嶺石的陽(yáng)離子交換容量較小，而蒙脫石的陽(yáng)離子交換容量較大。因?yàn)楦邘X石是1:1型結(jié)構(gòu)，單網(wǎng)層與單網(wǎng)層之間以氫鍵相連，氫鍵強(qiáng)于范氏鍵，水化陽(yáng)離子不易進(jìn)入層間，因此陽(yáng)離子交換容量較小。而蒙脫石是為2:1型結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層間以范氏鍵相連，層間聯(lián)系較弱，水化陽(yáng)離子容易進(jìn)入復(fù)網(wǎng)層間以平衡多余的負(fù)電荷，因此蒙脫石的陽(yáng)離子交換容量較大。（c）蒙脫石和伊利石均為2:1型結(jié)構(gòu)。但是，蒙脫石的鋁氧八面體

28、層中大約有1/3的Al3+被Mg2+所取代，平衡電荷的水化陽(yáng)離子半徑大，而且水化陽(yáng)離子與負(fù)電荷之間距離遠(yuǎn)，覆網(wǎng)層之間的結(jié)合力弱，所以進(jìn)入層間位置。伊利石的硅氧四面體層中約1/6的Si4+被Al3+所取代，K+進(jìn)入復(fù)網(wǎng)層間以平衡多余的負(fù)電荷，K+位于上下二層硅氧層的六邊形網(wǎng)絡(luò)的中心，構(gòu)成KO12，K+與硅氧層中的負(fù)電荷距離近，結(jié)合力較強(qiáng)，因此以配位離子形式進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元。3-9 在透輝石CaMgSi2O6晶體結(jié)構(gòu)中，O2-與陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+、Si4+配位型式有哪幾種，符合鮑林靜電價(jià)規(guī)則嗎？為什么？答：透輝石CaMgSi2O6，O2-與陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+、Si4+配位型式有三種，即2個(gè)

29、橋氧和2個(gè)非橋氧形成SiO4，6個(gè)非橋氧形成MgO6，4個(gè)橋氧和4個(gè)非橋氧形成CaO8。在教材的圖3-22b中，同時(shí)與1個(gè)Si4+、2個(gè)Mg2+和1個(gè)Ca2+配位的非橋氧，其靜電價(jià)強(qiáng)度總和為4×1/4+2×2×1/6+2×1/8=23/12，而同時(shí)與1個(gè)Si4+、1個(gè)Mg2+和1個(gè)Ca2+配位的非橋氧，其靜電價(jià)強(qiáng)度總和為4×1/4+2×1/6+2×1/8=19/12，小于其負(fù)電價(jià)；同時(shí)與2個(gè)Si4+、2個(gè)Ca2+配位的橋氧，其靜電價(jià)強(qiáng)度總和為4×2×1/4+2×2×1/8=5/2，大于

30、其負(fù)電價(jià)。所以不完全符合鮑林靜電價(jià)規(guī)則。但是其總體電價(jià)仍然平衡的，晶體結(jié)構(gòu)仍然是穩(wěn)定的。原因在于Mg2+和Ca2+兩種離子的離子半徑不同、配位數(shù)不同、配位氧離子不同（橋氧或非橋氧）。3-10 同為堿土金屬陽(yáng)離子Be2+、Mg2+、Ca2+，其鹵化物BeF2和SiO2結(jié)構(gòu)同，MgF2與TiO2（金紅石型）結(jié)構(gòu)同，CaF2則有螢石型結(jié)構(gòu)，分析其原因。答：堿土金屬離子Be2+、Mg2+、Ca2+，隨著原子序數(shù)的增大，離子半徑逐漸增大，極化性能變化不大。當(dāng)陰離子同為F-時(shí)，使得其r+/r-增大，配位數(shù)增大，由BeF2的4配位到MgF2的6配位，再到CaF2的8配位。3-11 金剛石結(jié)構(gòu)中C原子按面心立

31、方排列，為什么其堆積系數(shù)僅為34%。答：為了分析晶體結(jié)構(gòu)方便起見(jiàn)，金剛石結(jié)構(gòu)中C原子可以看成按面心立方排列。但實(shí)際上由于C原子之間是共價(jià)鍵，具有方向性和飽和性，每個(gè)C原子只與4個(gè)C原子形成價(jià)鍵（緊密相鄰），所以并沒(méi)有達(dá)到緊密堆積（緊密堆積時(shí)每個(gè)原子同時(shí)與12個(gè)原子緊密相鄰），其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在很多空隙。所以其堆積系數(shù)僅為34%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于緊密堆積的74.05%。 4.1 名詞解釋    （a）弗倫克爾缺陷與肖特基缺陷；（b）刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)解：（a）當(dāng)晶體熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開(kāi)平衡位置而擠到晶格點(diǎn)的間隙中，形成間隙原子，而原來(lái)位置上形成空位，這種缺陷稱(chēng)

32、為弗倫克爾缺陷。如果正常格點(diǎn)上原子，熱起伏后獲得能量離開(kāi)平衡位置，躍遷到晶體的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱(chēng)為肖特基缺陷。（b）滑移方向與位錯(cuò)線(xiàn)垂直的位錯(cuò)稱(chēng)為刃型位錯(cuò)。位錯(cuò)線(xiàn)與滑移方向相互平行的位錯(cuò)稱(chēng)為螺型位錯(cuò)。4.2試述晶體結(jié)構(gòu)中點(diǎn)缺陷的類(lèi)型。以通用的表示法寫(xiě)出晶體中各種點(diǎn)缺陷的表示符號(hào)。試舉例寫(xiě)出CaCl2中Ca2+置換KCl中K+或進(jìn)入到KCl間隙中去的兩種點(diǎn)缺陷反應(yīng)表示式。解：晶體結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)缺陷類(lèi)型共分：間隙原子、空位和雜質(zhì)原子等三種。在MX晶體中，間隙原子的表示符號(hào)為MI或XI；空位缺陷的表示符號(hào)為：VM或VX。如果進(jìn)入MX晶體的雜質(zhì)原子是A，則其表示符號(hào)可寫(xiě)成：AM或AX

33、（取代式）以及Ai（間隙式）。當(dāng)CaCl2中Ca2+置換KCl中K+而出現(xiàn)點(diǎn)缺陷，其缺陷反應(yīng)式如下：CaCl2+2ClClCaCl2中Ca2+進(jìn)入到KCl間隙中而形成點(diǎn)缺陷的反應(yīng)式為：CaCl2+2+2ClCl4.3在缺陷反應(yīng)方程式中，所謂位置平衡、電中性、質(zhì)量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格點(diǎn)數(shù)與X格點(diǎn)數(shù)保持正確的比例關(guān)系，即M：X=a：b。電中性是指在方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì)量平衡是指方程式兩邊應(yīng)保持物質(zhì)質(zhì)量的守恒。4.4（a）在MgO晶體中，肖特基缺陷的生成能為6ev，計(jì)算在25和1600時(shí)熱缺陷的濃度。 （b）如果MgO晶體中，含有百萬(wàn)分之一mol的Al

34、2O3雜質(zhì)，則在1600時(shí)，MgO晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？說(shuō)明原因。解：（a）根據(jù)熱缺陷濃度公式：exp（）由題意 G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19JK=1.38×10-23 J/KT1=25+273=298K T2=1600+273=1873K298K：   exp =1.92×10-511873K：exp=8×10-9（b）在MgO中加入百萬(wàn)分之一的Al2O3雜質(zhì)，缺陷反應(yīng)方程為：此時(shí)產(chǎn)生的缺陷為 雜質(zhì)。而由上式可知：Al2O3= 雜質(zhì)當(dāng)加入10-6 Al2O3時(shí)，

35、雜質(zhì)缺陷的濃度為 雜質(zhì)=Al2O3=10-6由（a）計(jì)算結(jié)果可知：在1873 K，熱=8×10-9顯然： 雜質(zhì) 熱，所以在1873 K時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)。4.5對(duì)某晶體的缺陷測(cè)定生成能為84KJ/mol，計(jì)算該晶體在1000K和1500K時(shí)的缺陷濃度。解：根據(jù)熱缺陷濃度公式：exp（）由題意 G=84KJ/mol=84000J/mol則 exp（）其中R=8.314J/mol·K當(dāng)T1=1000K時(shí)，exp（）= exp=6.4×10-3當(dāng)T2=1500K時(shí)，exp（）= exp=3.45×10-24.6試寫(xiě)出在下列二種情況，生成什么缺陷？缺陷濃度是多少？

36、（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡紅寶石（b）在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生成黃寶石。解：（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡紅寶石的缺陷反應(yīng)式為：Cr2O3生成置換式雜質(zhì)原子點(diǎn)缺陷。其缺陷濃度為：0.01%×0.004%4×10-3 %（b）當(dāng)添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黃寶石的缺陷反應(yīng)式為：2NiO2OO生成置換式的空位點(diǎn)缺陷。其缺陷濃度為：0.5%×0.3 %4.7非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周?chē)鷼夥盏男再|(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周?chē)鯕獾姆謮海腔瘜W(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO及Z

37、n1+xO的密度將發(fā)生怎樣變化？增大？減少？為什么？解：（a）非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO，是由于正離子空位，引起負(fù)離子過(guò)剩：2Fe Fe+ O2(g)2Fe+ V+OOO2(g)OO + V+2h按質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù)K=由此可得V PO1/6即：鐵空位的濃度和氧分壓的1/6次方成正比，故當(dāng)周?chē)謮涸龃髸r(shí)，鐵空位濃度增加，晶體質(zhì)量減小，則Fe1-xO的密度也將減小。（b）非化學(xué)計(jì)量化合物Zn1+xO，由于正離子填隙，使金屬離子過(guò)剩：ZnO+2e+ O2(g)根據(jù)質(zhì)量作用定律K= e2得 PO-1/6即：間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大周?chē)醴謮?，間隙離子濃度減小，晶體質(zhì)量減

38、小，則Zn1+xO的密度也將減小。4.8非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0.1，求FexO中的空位濃度及x值。解： 非化學(xué)計(jì)量化合物FexO，可認(rèn)為是(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反應(yīng)式為：Fe2O32Fe+ V+3OO 2 此非化學(xué)計(jì)量化合物的組成為：Fe FeO已知：Fe3+/Fe2+0.1則： 0.044x2+(13)10.956又：V3+ 0.044正常格點(diǎn)數(shù)N1+x1+0.9561.956空位濃度為4.9 非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x的制備強(qiáng)烈依賴(lài)于氧分壓和溫度：（a）試列出其缺陷反應(yīng)式。（b）求其缺陷濃度表達(dá)式。解：非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x，其晶格缺陷

39、屬于負(fù)離子缺位而使金屬離子過(guò)剩的類(lèi)型。（a）缺陷反應(yīng)式為：2Ti Ti?/FONT>O22+3OOOO+2e+O2（b）缺陷濃度表達(dá)式： V4.10試比較刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)。解：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)見(jiàn)表4-1所示。                             表4-1 刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)

40、的異同點(diǎn)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)與柏格斯矢量的位置關(guān)系柏格斯矢量與刃性位錯(cuò)線(xiàn)垂直柏格斯矢量與螺型位錯(cuò)線(xiàn)平行位錯(cuò)分類(lèi)刃性位錯(cuò)有正負(fù)之分螺形位錯(cuò)分為左旋和右旋位錯(cuò)是否引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且離位錯(cuò)線(xiàn)越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∫鹁w畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且離位錯(cuò)線(xiàn)越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∥诲e(cuò)類(lèi)型只有幾個(gè)原子間距的線(xiàn)缺陷只有幾個(gè)原子間距的線(xiàn)缺陷 5.1試述影響置換型固溶體的固溶度的條件。解：1.        離子尺寸因素 從晶體穩(wěn)定性考慮，相互替代的離子尺寸愈相近，則固溶體愈穩(wěn)定。若以r1和r2分別代表半徑大和半徑小

41、的兩種離子的半徑。當(dāng)它們半徑差< 15%時(shí)，形成連續(xù)置換型固溶體。若此值在1530%時(shí)，可以形成有限置換型固溶體。而此值>30%時(shí)，不能形成固溶體。2、晶體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型形成連續(xù)固溶體的兩個(gè)組分必須具有完全相同的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同最多只能生成有限固溶體。3、離子的電價(jià)因素只有離子價(jià)相同或復(fù)合替代離子價(jià)總和相同時(shí)，才可能形成連續(xù)置換型固溶體。4、電負(fù)性因素電負(fù)性相近，有利于固溶體的生成。5.2 從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。解：從化學(xué)組成、相組成考慮，固溶體、化合物和機(jī)械混合物的區(qū)別 列下表5-1比較之 。表5-1 固溶體、化合物和機(jī)械混合物比較（以AO

42、溶質(zhì)溶解在B2O3溶劑中為例）比 較 項(xiàng)固 溶 體化 合 物機(jī) 械 混 合 物化學(xué)組成B2-xAxO(x =02)AB2O4AO+B2O3相組成均勻單相單相兩相有界面5.3試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn)。列出簡(jiǎn)明表格比較。解：固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物都屬晶體結(jié)構(gòu)缺陷，但它們又各有不同，現(xiàn)列表5-2比較之。表5-2 固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物比較分類(lèi)形成原因形成條件缺陷反應(yīng)固溶式溶解度熱缺陷肖特基缺陷晶 格 熱 振 動(dòng)0K以上0MX只受溫度控制弗倫克爾缺陷MM = XX= MX固溶體無(wú)限置換型固溶體摻 雜 溶 解< 15% ， A2+電價(jià)=B2+

43、電價(jià)，AO結(jié)構(gòu)同BO，電負(fù)性相近AOB1-xAxO受溫度控制x=01有限固溶體間隙型間隙離子半徑小，晶體結(jié)構(gòu)開(kāi)放，空隙大YF3摻雜量<固溶度，受溫度控制組分缺陷< 30% ，Ca2+電價(jià)Zr4+電價(jià)2CaOCaO摻雜量<固溶度，受溫度控制非化學(xué)計(jì)量化合物陽(yáng)離子缺位環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化變價(jià)元素氧化物在氧化氣氛中O2(g)2Fe+ V+OOhPO陰離子間隙O2(g)+U(2h)陽(yáng)離子間隙變價(jià)元素氧化物在還原氣氛中ZnO+2e+O2(g)陰離子缺位OO+2+O2(g) V5.4試寫(xiě)出少量MgO摻雜到Al2O3中和少量YF3摻雜到CaF2中的缺陷方程。（a）判斷方程的合理性。（b

44、）寫(xiě)出每一方程對(duì)應(yīng)的固溶式。解： 3MgO2+3OO （1）2MgO2+ +2OO （2）YF3Y+F+2FF （3）2YF32Y+6FF （4）（a）書(shū)寫(xiě)缺陷方程首先考慮電價(jià)平衡，如方程（1）和（4）。在不等價(jià)置換時(shí)，3Mg2+ 2Al3+ ；2Y3+ 3Ca2+。這樣即可寫(xiě)出一組缺陷方程。其次考慮不等價(jià)離子等量置換，如方程（2）和（3）2Mg2+ 2Al3+ ；Y3+ Ca2+。這樣又可寫(xiě)出一組缺陷方程。在這兩組方程中，從結(jié)晶化學(xué)的晶體穩(wěn)定性考慮，在離子晶體中除螢石型晶體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生間隙型固溶體以外，由于離子晶體中陰離子緊密堆積，間隙陰離子或陽(yáng)離子都會(huì)破壞晶體的穩(wěn)定性。因而間隙型缺陷在離子

45、晶體中（除螢石型）較少見(jiàn)。上述四個(gè)方程以（2）和（3）較合理。當(dāng)然正確的判斷必須用固溶體密度測(cè)定法來(lái)決定。（b）(1)(2) (3) (4) 5.5一塊金黃色的人造黃玉，化學(xué)分析結(jié)果認(rèn)為，是在Al2O3中添加了0.5mol%NiO和0.02mol% Cr2O3。試寫(xiě)出缺陷反應(yīng)方程（置換型）及化學(xué)式。解：NiO和Cr2O3固溶入Al2O3的缺陷反應(yīng)為：2NiO2+2OOCr2O3固溶體分子式為：Cr取1mol試樣為基準(zhǔn)，則m0.005 ； m0.0002 ； m10.0050.00020.9948 2NiO 2Al2 O3Cr2 O3 Al2 O3取代前Al2O3所占晶格為：0.99480.00

46、5/20.00020.9975mol (Al2O3)取代后各組分所占晶格分別為：Al2O3：molNiO：molCr2 O3：mol取代后，固溶體的分子式為：0.9973 Al2O3·0.005 NiO ·0.0002 Cr2 O3或Al1.9946Ni 0.005Cr0.0004 O2.9975x=0.005, Y=0.00041.9946=20.0050.0004=2xy2.9975=3x5.6 ZnO是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每個(gè)晶胞中含2個(gè)ZnO分子，測(cè)得晶體密度分別為5.74，5.606 g/cm3，求這兩種情況下各產(chǎn)生什么型式的固溶

47、體？解：六方晶系的晶胞體積V=4.73cm3在兩種密度下晶胞的重量分別為W1=d1v=5.74×4.73×10-23=2.72×10-22(g)W2=d2v=5.606×4.73×10-23=2.65×10-22(g)理論上單位晶胞重W=2.69(g)密度是d1時(shí)為間隙型固溶體，是d2時(shí)為置換型固溶體。5.7對(duì)于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成連續(xù)固溶體。 (a) 這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？ (b) 試預(yù)計(jì)，在MgOCr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限還是很大？為

48、什么？解：（a）Al2O3與Cr2O3有可能形成連續(xù)固溶體。因?yàn)椋?10%15%結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)。（b）對(duì)于MgOCr2O3系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)類(lèi)型相差較大，前者為NaCl型，后者為剛玉型。雖然=14.89%15%，也不可能形成完全互溶的固溶體，而只能是有限固溶。5.8 Al2O3在MgO中將形成有限固溶體，在低共熔溫度1995時(shí)，約有18wt% Al2O3溶入MgO中，MgO單位晶胞尺寸減小。試預(yù)計(jì)下列情況下密度的變化。(a) Al3+為間隙離子， (b) Al3+為置換離子。解：(a) Al3+為間隙離子：缺陷反應(yīng)為：（1）固溶式分子式：（2）（b）Al3+為置換離子：缺陷反應(yīng)為：+

49、（3）固溶式分子式：（4）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）m0.176 (m為摩爾數(shù))mMgO2.035MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式為：2.035 MgO·0.176 Al2O3或Mg2.035Al0.352O2.563 (5)（5）式各項(xiàng)除以2.563得Mg0.794Al0.137O (6)由（6）式得x=0.137代入（2）（4）式，對(duì)（a）有即Mg0.794Al0.137O（b）有Mg0.794Al0.137O設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為： （，分別代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。5.9用0.2mol YF3加入CaF2中形成固

50、溶體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得固溶體的晶胞參數(shù)a=0.55nm，測(cè)得固溶體密度=3.64g/cm3，試計(jì)算說(shuō)明固溶體的類(lèi)型？（元素的相對(duì)原子質(zhì)量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00）解：YF3加入CaF2的缺陷反應(yīng)方程如下：YF3Y+F+2FF (1)2YF32Y+V+6FF (2)方程（1）和（2）的固溶式：(1)Ca1-xYxF2+x (2) Ca(1-3/2x)YxF2按題意x=0.2代入上述固溶式得：間隙型固溶體分子式為Ca0.8Y0.2F2.2置換型固溶體分子式為Ca0.7Y0.2F2；它們的密度分別設(shè)為1和2。CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個(gè)螢石分子。1=3.659（g/cm

51、3）2=3.346（g/cm3）由1與2計(jì)算值與實(shí)測(cè)密度=3.64g/cm3比較，1值接近3.64g/cm3，因此0.2mol YF3加入CaF2中形成間隙型固溶體。6-1 說(shuō)明熔體中聚合物形成過(guò)程？     答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體。 可分為三個(gè)階段 初期：石英的分化；                      中期：縮聚并伴隨

52、變形；                      后期：在一定時(shí)間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。                         6-2 簡(jiǎn)述影響熔體

53、粘度的因素？ 答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。                             堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。               

54、0;             隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。     6-3 名詞解釋?zhuān)ú⒈容^其異同）   晶子學(xué)說(shuō)和無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)   單鍵強(qiáng)   分化和縮聚   網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)變性劑   答：晶子學(xué)說(shuō)：玻璃內(nèi)部是由無(wú)數(shù)“晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。它們分散在無(wú)定形介中質(zhì)，晶子向無(wú)定形部分過(guò)渡是逐漸完成時(shí)，二者沒(méi)有明顯界限。     

55、;    無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個(gè)三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來(lái)的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無(wú)數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒(méi)有規(guī)律性。       單鍵強(qiáng)：?jiǎn)捂I強(qiáng)即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。       分化過(guò)程：架狀SiO4斷裂稱(chēng)為熔融石英的分化過(guò)程。         縮聚過(guò)程：分化過(guò)程

56、產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級(jí)次較高的聚合物，次過(guò)程為縮聚過(guò)程。       網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對(duì)應(yīng)氧化物能單獨(dú)形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點(diǎn)0.74kJ/mol.k 者稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)形成劑。         網(wǎng)絡(luò)變性劑：這類(lèi)氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強(qiáng)/熔點(diǎn) 0.125kJ/mol.k者稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)變形劑。   6-4 試用實(shí)驗(yàn)方法鑒別晶體SiO2、SiO2玻璃、硅膠和SiO2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？ 答：

57、利用X射線(xiàn)檢測(cè)。     晶體SiO2質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。     SiO2熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序。 SiO2玻璃各向同性。 硅膠疏松多孔。6-5 玻璃的組成是13wt%Na2O、13wt%CaO、74wt%SiO2，計(jì)算橋氧分?jǐn)?shù)？ 解：   Na2O CaO SiO2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol% 12.6 13.8 73.6           

58、;              R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39 Z=4  X=2RZ=2.39×24=0.72           Y=ZX= 40.72=3.28           氧橋%=3.28/（3.28×0

59、.5+0.72）                 =69.5%6-6 有兩種不同配比的玻璃，其組成如下： 序號(hào) Na2O(wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80                 試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大??？ 解：對(duì)于1：Z=4  R1

60、=O/Si=2.55            X1=2R14=1.1    Y1=ZX1= 41.1=2.9     對(duì)于2：R2= O/Si=2.45            X2=2R24=0.9    Y2= 4X2= 40.9=3.1     Y1Y2  

61、 序號(hào)1的玻璃組成的粘度比序號(hào)2的玻璃小。6-7 在SiO2中應(yīng)加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？     解：設(shè)加入x mol的Na2O，而SiO2的量為y mol。         則O/Si=（x+2y）/ y =2.5            x=y/2  即二者的物質(zhì)量比為1:2時(shí)，O/Si=2.5。    &#

62、160;    因?yàn)镺/Si增加了，粘度下降，析晶能力增強(qiáng)了。 6-8 有一種平板玻璃組成為14Na2O13CaO73SiO2（wt%重量百分比），其密度為2.5g/cm3, 計(jì)算玻璃的原子堆積系數(shù)（AFP）為多少？計(jì)算該玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？   解：該玻璃的平均分子量             GM=0.14×62+0.13×56+0.73×60.02=59.77     在1Å

63、3中原子數(shù)為                 n=No/GM=2.5×10-24×6.02×1023/59.77 =0.252個(gè)/Å3                在1Å3原子所占體積       

64、     V=0.0252×4/30.14×2×0.983+0.13×1.063+0.73×0.393+（0.14+0.13+0.73×2）×1.323                   =0.4685           AFP=0.4

65、6             結(jié)構(gòu)參數(shù)：             Na2O CaO SiO2 wt% 14 13 73 mol 0.23 0.23 1.22 mol% 13.7 13.7 72.6                      R=(13.7+13.7+72.6 ×2)/ 72.6=2.38 Z=4  X=2RZ=2.38×24=0.76