無機材料物理化學(xué)作業(yè)答案PPT課件

1、10、根據(jù)最緊密堆積原理，空間利用率越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低（只有34.01%），為什么它也很穩(wěn)定？答:最緊密堆積原理是建立在質(zhì)點的電子云分布呈球形對稱以及無方向基礎(chǔ)上的，故只適用于典型的離子晶體和金屬晶體，而不能用最緊密堆積原理來衡量原子晶體的穩(wěn)定性。另外，金剛石的單鍵個數(shù)為4，即每個原子周圍有4個單鍵（或原子），由四面體以共頂結(jié)合形成三維空間結(jié)構(gòu)，所以，雖然金剛石結(jié)構(gòu)的空間利用率很低（只有34.01%），但是它也很穩(wěn)定。 第1頁/共20頁2.21 晶格能與哪些因素有關(guān)？已知MgO晶體具有氯化鈉的結(jié)構(gòu)型，其晶體常數(shù)a為0.42nm。試計算MgO晶格能。解：（1）晶格能指反

2、應(yīng)時1mol離子化合物從相互分離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體所放出的能量。晶格能與離子半徑、離子電荷晶體的結(jié)構(gòu)類型等有關(guān)。且晶格能的大小與離子帶電量成正比，與離子半徑成反比。 （2）已知MgO晶體具有NaCl型結(jié)構(gòu)，所以正負離子平衡距離為0.21nm,Z+=Z-=2 波恩指數(shù)為7，A=1.7476 帶入數(shù)據(jù)得 第2頁/共20頁31、石墨、滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu)，說明它們的結(jié)構(gòu)的區(qū)別及由此引起的性質(zhì)上的差異？ 解: 石墨與滑石和高嶺石比較，石墨中間層C原子進行SP2雜化，形成大鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于間隙較大，電子可在同層中運動，可以導(dǎo)電，層間分子間力作用，所以石墨比較軟。 滑石是八面體空隙

3、全部被鎂離子填充的2：1型三八面體型結(jié)構(gòu)而高嶺土為1:1型二八面體結(jié)構(gòu) 石墨結(jié)構(gòu)滑石結(jié)構(gòu)高嶺石結(jié)構(gòu)第3頁/共20頁25、鈦酸鋇是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦，試問：（1）屬于什么點陣？（2）這個結(jié)構(gòu)中離子的配位數(shù)為若干？（3）這個結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則嗎？請作充分討論。答：（1）屬于立方晶系（2）Ba2+、Ti4+和O2-的配位數(shù)分別為12、6和6（3）這個結(jié)構(gòu)遵循鮑林規(guī)則鮑林第一規(guī)則配位多面體規(guī)則第4頁/共20頁32、（1）在硅酸鹽晶體中，Al3+為什么能部分置換硅氧骨架中Si4+； （2）Al3+置換Si4+后，對硅酸鹽組成有何影響？ （3）用電價規(guī)則說明Al3+置換骨架中的Si4+時，通

4、常不超過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。解：(1)Al3+可與形成AlO45-;Al3+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進入硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中與Si4+發(fā)生同晶取帶，由于鮑林規(guī)則，所以只能部分取代； （2）Al3+置換Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+時，結(jié)構(gòu)單元AlSiO4AlSiO5,失去了電中性，有過剩的負電荷，為了保存電中性，將有一半半徑較大而電荷較低的陽離子如K+、Ca2+、Ba2+進入結(jié)構(gòu)中；（3）設(shè)Al3+置換了一半的Si4+，則O與一個Si4+、一個Al3+相連，陽離子的靜電鍵強度=3/41+4/41=7/4，O的電荷數(shù)為-2，二者相差1/4，若取代超過一半，二者相差必然大

5、于1/4，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。第5頁/共20頁第二次作業(yè)3-10、網(wǎng)絡(luò)變性體（如Na2O)加入石英玻璃中，使氧硅比增加，實驗觀察到O/Si 2.53.0即達到形成玻璃的極限，O/S3，則不能形成玻璃，為什么？解：當(dāng)O/Si=2.53時，Y=23; 當(dāng)22/Si2.5時，3Y4; 而當(dāng)O/Si=3時，Y=2。結(jié)構(gòu)參數(shù)Y對玻璃性質(zhì)有重要意義。對于Na2O.SiO2玻璃，Y越大，強度越大；反之，Y愈小，網(wǎng)絡(luò)空間上的集聚也愈小，結(jié)構(gòu)也變得較松，并隨之出現(xiàn)較大的空隙，結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)改變離子的運動，不論在本身位置振動或者從一位置通過網(wǎng)絡(luò)的間隙躍遷到另一位置都比較容易。因此隨著Y值的遞減，出現(xiàn)膨脹系數(shù)增大，電導(dǎo)增加

6、和粘度減小等變化。對于硅酸鹽玻璃來說，Y釉式2 Y2，所以在高溫下釉式1粘度釉式2粘度 （2）釉式1融化溫度釉式2融化溫度 （3）表面張力的差別：釉式1表面釉式2表面張力因為釉式1中的O/Si小于釉式2中的O/Si，同時釉式中加入PbO和Ba2O3，這些氧化物可以降低表面張力第7頁/共20頁在二元Na2O-SiO2玻璃中加入B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)將如何變化答：在鈉硅玻璃中加入B2O3，玻璃的結(jié)構(gòu)隨B2O3增加而逐漸加強，玻璃的性質(zhì)得到改善，但B2O3的含量超過某數(shù)字時，將出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)；隨著B2O3的增加，玻璃結(jié)構(gòu)逐漸弱化，玻璃的性質(zhì)逐漸變壞，即：由于硼反?，F(xiàn)象，在玻璃的性質(zhì)變化曲線上出現(xiàn)極值。第8頁

7、/共20頁第9頁/共20頁 4.7第10頁/共20頁 熱缺陷1600 以弗倫克爾缺陷為主： 摻雜： 加入10-6濃度的YF3將形成10-6濃度的Fi缺陷 （缺陷方程和濃度分析是必須的） 與1600熱缺陷濃度相比可知，以熱缺陷為主232C aiFC aFYFYFF 第11頁/共20頁 12. 六方晶系的晶胞體積 第12頁/共20頁 15. CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個螢石分子 232C aiFC aFYFYFF 23226C aC aFC aFYFYVF 12xxxC aY F13/ 22xxC aY F第13頁/共20頁由由1與與2計算值與實測密度計算值與實測密度=3.64g/cm

8、3比較，比較，1值接近值接近3.64g/cm3，因此，因此0.2mol YF3加入加入CaF2中中形成間隙型固溶體形成間隙型固溶體第14頁/共20頁 19解：對于CaO-CeO2固溶體來說，從滿足電中性來說，可以形成氧離子空位的固溶體，也可以形成Ca2+嵌入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為：ooCeVOCeOCaCaO2i,Ce22CaO2CaOCaoCeOCe0.85Ca0.15O1.85 Ce0.925Ca0.15O2置換型間隙型CeO為螢石結(jié)構(gòu)，含有四個陰離子，八個陰離子，則32132323213231/01.7105417.01002.616228)(15.04)(M0.9254/4

9、7.6105417.01002.616285.18)(15.04)(M0.854cmgCaMCecmgCaMCe由于實際中固溶體密度d=7.01g/cm3,因此形成的是間隙型固溶體第15頁/共20頁4.20 解: (a)非化學(xué)計量化合物Fe1-XO是由于正離子空位，引起負離子過剩：hVOghFeOVFegOFeoFeFeoFeFeFe2)(O2122Fe22)(212Fe,2,2按照質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù)按照質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù):2122,PohVOKFeo由此可知：即鐵空位的濃度與氧分壓的由此可知：即鐵空位的濃度與氧分壓的1/61/6成正比，故氧成正比，故氧分壓增大時，分壓增大時，F(xiàn)eFe1-x1-xO O密度減小密度減小第16頁/共20頁(b）非化學(xué)計量化合物Zn1+xO，由于正離子填隙，使金屬離子過剩)(212Zn2,gOeZnOi212,2KOiPeZn61-2POZni按照質(zhì)量作用定律 即間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大氧分壓，間隙離子濃度減小，則Zn1+xO密度也將減小。第17頁/共20頁 21. 分析： FexO是a(mol)