材料化學第二章習題參考答案1

1、第二章參考答案1 .原子間的結合鍵共有幾種？各自特點如何？類型鍵合強弱形成晶體的特點離子鍵最強無飽和性和方向性：高配位數(shù)、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導電、熔態(tài)離子導電共價鍵強有飽和性和方向性：低配位數(shù)、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導電金屬鍵較強無飽和性和方向性：配位數(shù)高、結構密堆、塑性較好、有光澤、良好的導熱、導電性氫鍵弱有飽和性和方向性；高分子化合物形成氫鍵數(shù)目巨大，對其熔點及力學等性能影響大；對小分子熔點、沸點、溶解性、黏度也有一定影響。范德華鍵Mff無飽和性和方向性：結構密堆、高熔點、絕緣2 .為什么可將金屬單質的結構問題歸結為等徑圓

2、球的密堆積問題？答：金屬晶體中金屬原子之間形成的金屬鍵即無飽和性又無方向性,其離域電子為所有原子共有，自由流動，因此整個金屬單質可看成是同種元素金屬正離子周期性排列而成，這些正離子的最外層電子結構都是全充滿或半充滿狀態(tài)，電子分布基本上是球形對稱，由于同種元素的原子半徑都相等，因此可看成是等徑圓球。又因金屬鍵無飽和性和方向性，為使體系能量最低，金屬原子在組成晶體時總是趨向形成密堆積結構，其特點是堆積密度大，配位數(shù)高，因此金屬單質的結構問題歸結為等徑圓球的密堆積問題.3 .計算體心立方結構和六方密堆結構的堆積系數(shù)。(1)體心立方a:品格單位長度R:原子半徑c4R2(4R3/3)2(4R3/3)4R

3、X'，3aar=,n=2,bcc3L30.68,3a(4R/3)3(2)六方密堆n=66(4R3/3)6(4R3/3)cav/3hcp=口0.74138一a2R6c(-aa)12R(R、3R)22.34 .試確定簡單立方、體心立方和面心立方結構中原子半徑和點陣參數(shù)之間的關系。解：簡單立方、體心立方和面心立方結構均屬立方晶系，點陣參數(shù)或晶格參數(shù)關系為abc,90,因此只求出a值即可。對于（1） fcc（面心立方）有4R 點a, a90bcc體心立方有：4R?<3aa4R耳;b c,905 .金屬鋤為A2型結構，Rb的原子半徑為0.2468nm,密度為1.53gcm-3,試求：晶格參

4、數(shù)a和Rb的相對原子質量。abcNa其中，溝密度，a、b、c為晶格常數(shù)，晶胞體積Vabc,Na為阿伏加德羅常數(shù)6.0221023mol-1,M為原子量或分子量，n為晶胞中分子個數(shù)，對于金屬則上述公式中的M為金屬原子的原子量，n為晶胞中原子的個數(shù)。對A2型，為體心立方，則有n=2,4RV3a,a空40.24680.5700nmV31.73237323nMnM一a3NA1.53(0.57107)36.02210233M=85.30kg/molabcNAa3NAn26 .FCC結構的鍥原子半徑為0.1243nm。試求鍥的品格參數(shù)和密度。解：對于鍥金屬原子晶體，因屬面心立方，有4r40.1243nma

5、.220.3516nm4M458.69a3Na3.5161086.0210238.972gcm-37 .鈾具有斜方結構，其品格參數(shù)為a=0.2854nm,b=0.5869nm,c=0.4955nm；其原子半徑為0.138nm,密度為19.05gcm-3。試求每單位晶胞的原子數(shù)目及堆積系數(shù)。斜方晶系即正交晶系：a?b?c,%=B=y«Af'工l.一.一一二.t匚.p/力心MnM19,Q5x(285輕ICT)(5.869乂102(4.955*】3')x6.02X1嚴23JL03一=3.998740每昴胞有4佰原于Od4乂(一笛)W堆若因子Nf。逆t>rn16c一元X

6、(L38A>1 一.13飛(2-854A)x(1869A)<C4.955A)2 0.530558 .6個O2-離子環(huán)繞一個Mg2+離子，將離子看成硬球，其半徑分別是RMg20.066nmRo20.140nm。試求O2-離子之間隙距離。（巖鹽型結構：負面心立方排列，正離子八面體間隙位）解:o代表Mg離子。O代表O離子a2CR+r)=2CO.140+0.066)=0.412遮。一4斤8&p=A_gX0,412-4XQ149 .已知金屬鍥為A1型結構，原子間接觸距離為249.2pm,請計算：1）Ni立方晶胞的參數(shù)；2）金屬鍥的密度；3）分別計算（100）、（110）、（11D晶面

7、的間距。解：對于面心立方A1型：原子間接觸距離249.2pm=0.2492nm=2R,(1) a4R22 0.2492,20.3525nm,(2)金屬鍥的密度:nMnMabcNAa3NA4M458.69a3Na3.5161086.0210238.972gcm-3(3)對于立方晶系，面間距公式為:a0hkl.'27222如k1因此有:(100)晶面間距：d100_0.3525_,120202=0.3525nm(110)晶面間距:dn0_0.3525_一廠1廠020.2493nm(111)晶面間距：dm_0.3525_廠廠120.3525、.30.2035 nm10 .試計算體心立方鐵受熱

8、而變?yōu)槊嫘牧⒎借F時出現(xiàn)的體積變化。在轉變溫度下，體心立方鐵的品格參數(shù)是0.2863nm,而面心立方鐵的點陣參數(shù)是0.359lnm。解：體心立方：V1=a3=(0.2863nm)3=0.02347nm3面心立方:V2=a3=(0.3591nm)3=0.04630nm3AV=V2-V1=0.02284nm3,因此體積增大0.02284nm311 .單質Mn有一種同素異構體為立方結構，其晶胞參數(shù)為0.6326nm,密度=7.26gcm-3,原子半徑r=0.112nm,計算Mn晶胞中有幾個原子，具堆積系數(shù)為多少？0OeN*今n二M_7.2色x（6.326*IQ：、），*后02工IQn54.94=20.

9、139年2。假每單位晶20x|k堆稹因子:公-ipx（x，12A）1_3-f6.326X”=0.4649312固溶體與（液體）溶液有何異同？固溶體有幾種類型?固體溶液與液體溶液的共同點：均具有均一性、穩(wěn)定性，均為混合物，均存在溶解性問題（對固態(tài)溶液稱為固溶度，對液體溶液稱為溶解度）；1 .均一性：溶液各處的密度、組成和性質完全一樣；2 .穩(wěn)定性：溫度不變，溶劑量不變時，溶質和溶劑長期不會分離；3 .混合物：溶液一定是混合物。固體溶液與液體溶液的不同點：固溶體的溶質和溶劑均以固體形式出現(xiàn)，而液體溶體的溶質和溶劑均以液體形式出現(xiàn)；固溶體：又稱固體溶液，指由一種或多種溶質組元溶入晶態(tài)溶劑，并保持溶劑

10、品格類型所形成的單相晶態(tài)固體。固溶體按固溶度分可兩種類型：有限固溶體與無限固溶體；按溶質原子在晶格中的位置可分為置換固溶體與填隙固溶體。13試述影響置換固溶體的固溶度的因素？答：有原子或離子半徑大小，電價，化學鍵性質，晶體結構等因素。（1）原子或離子半徑大?。簉i100%,Ar<15%，形成連續(xù)固溶體；15%<Ar<30%形成有限固溶體;riAr>30%,難形成固溶體；(2)電價：兩種固體只有在離子價相同或同號離子的離子價總和相同時，才能滿足電中性要求，形成連續(xù)固溶體。(3)化學鍵相近，易形成連續(xù)固溶體。(4)晶體結構類型相同，易形成連續(xù)固溶體。14 .說明下列符號的含

11、義：VNa：代表鈉原子格點位置空位；'.VNa代表鈉離子格點位置空位，帶一個有效負電荷VCl代表氯離子格點位置空位，帶一個有效正電荷CaK鈣離子取代鉀離子，進入鉀離子格點位置，帶一個有效正電荷CaCa鈣離子在鈣離子格點位置Ca?鈣離子在間隙位置，帶兩個有效正電荷? Ca2+取代 K+Cl-進入C1-晶格位置:15 .寫出CaCl2溶解在KCl中各種可能的缺陷反應式3種可能性:? Ca2+取代 K+CaCl2KClCaKVK2c1clCl-進入間隙位置：KCl?'CaCl2CCaKCIciCli?Ca2+進入間隙位置，Cl-占據(jù)品格位置：CaCl2KClCa?2Vk2c1cl16

12、 .說明為什么只有置換型固溶體的兩個組份之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。答：置換型固溶體：溶質原子代替一部分溶劑原子占據(jù)溶劑品格某些結點位置所組成的固溶體。間隙型固溶體：溶質原子進入溶劑晶體間隙位置所形成的固溶體。由于溶劑晶體間隙有限，能填入異質原子或離子的數(shù)目也有限，因此間隙型固溶體是有限固溶體。19.試求下圖中所示方向的密勒指數(shù)：20試求下圖中所示面的密勒指數(shù)A面：在x、v、z上的截距分別為x=0,y=s,z=s,故須平移，向x方向移動一晶格參數(shù)，此時，x=1,y=°°,z=oo,其倒數(shù)：1,0,0,故為A晶面指數(shù)為（100）B面：x2,y2,z1,故為（112）（倒數(shù)：1/2,-1/2,1,一互質整數(shù)：1,