材料化學(xué)習(xí)題參考答案與解析

1、第二章參考答案1. 原子間的結(jié)合鍵共有幾種？各自特點(diǎn)如何？類 型鍵合強(qiáng)弱形成晶體的特點(diǎn)離子鍵最強(qiáng)無飽和性和方向性:高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵強(qiáng)有飽和性和方向性:低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵較強(qiáng)無飽和性和方向性:配位數(shù)高、結(jié)構(gòu)密堆、塑性較好、有光澤、良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)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(duì)其熔點(diǎn)及力學(xué)等性能影響大；對(duì)小分子熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性、黏度也有一定影響。范德華鍵最弱無飽和性和方向性:結(jié)構(gòu)密堆、高熔點(diǎn)、絕緣2. 為什么可將金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)問題歸結(jié)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(dòng),因此整個(gè)金屬單質(zhì)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(jié)構(gòu)都是全充滿或半充滿狀態(tài),電子分布基本上是球形對(duì)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(shí)總是趨向形成密堆積結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)是堆積密度大,配位數(shù)高,因此金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)問題歸結(jié)為等徑圓球的密堆積問題.3. 計(jì)算體心立方結(jié)構(gòu)和六方密堆結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)。 (1) 體心立方a ：晶格單位長(zhǎng)度R ：原子半徑 ，n=2, (2)六方密堆

3、 n=64. 試確定簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)中原子半徑和點(diǎn)陣參數(shù)之間的關(guān)系。 解：簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)均屬立方晶系，點(diǎn)陣參數(shù)或晶格參數(shù)關(guān)系為，因此只求出a值即可。對(duì)于（1）fcc(面心立方)有, ，(2) bcc體心立方有： ；(3) 簡(jiǎn)單立方有：，5. 金屬銣為A2型結(jié)構(gòu)，Rb的原子半徑為0.2468 nm，密度為1.53g·cm-3，試求：晶格參數(shù)a和Rb 的相對(duì)原子質(zhì)量。解：其中, 為密度, 為晶格常數(shù), 晶胞體積，NA為阿伏加德羅常數(shù)6.022×1023 mol-1，M為原子量或分子量，n為晶胞中分子個(gè)數(shù)，對(duì)于金屬則上述公式中的M為金屬原子的原子

4、量，n為晶胞中原子的個(gè)數(shù)。對(duì)A2型，為體心立方， 則有n=2， = 85.30 kg/mol 6. FCC結(jié)構(gòu)的鎳原子半徑為0.1243nm。試求鎳的晶格參數(shù)和密度。解：對(duì)于鎳金屬原子晶體，因?qū)倜嫘牧⒎?，?. 鈾具有斜方結(jié)構(gòu)，其晶格參數(shù)為a=0.2854nm，b=0.5869nm，c=0.4955nm；其原子半徑為0.138nm，密度為19.05g×cm-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：abc, =8. 6個(gè)O2-離子環(huán)繞一個(gè)Mg2+離子，將離子看成硬球，其半徑分別是，。試求O2-離子之間隙距離。(巖鹽型結(jié)構(gòu)： 負(fù)面心立方排列，正離子八面體間隙位 )解：

5、 代表Mg離子。代表O 離子9. 已知金屬鎳為A1型結(jié)構(gòu)，原子間接觸距離為249.2pm，請(qǐng)計(jì)算：1）Ni立方晶胞的參數(shù)；2）金屬鎳的密度；3）分別計(jì)算（100）、（110）、（111）晶面的間距。 解：對(duì)于面心立方A1型: 原子間接觸距離249.2pm=0.2492nm=2R, （1）, （2）金屬鎳的密度：（3）對(duì)于立方晶系，面間距公式為： 因此有：(100) 晶面間距: =0.3525nm(110) 晶面間距: (111) 晶面間距: nm10. 試計(jì)算體心立方鐵受熱而變?yōu)槊嫘牧⒎借F時(shí)出現(xiàn)的體積變化。在轉(zhuǎn)變溫度下，體心立方鐵的晶格參數(shù)是0.2863nm，而面心立方鐵的點(diǎn)陣參數(shù)是0.359

6、lnm。解: 體心立方: V1=a3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm3 面心立方: V2= a3 = (0.3591nm)3 = 0.04630 nm3V=V2-V1=0.02284nm3, 因此體積增大0.02284 nm311. 單質(zhì)Mn有一種同素異構(gòu)體為立方結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為0.6326nm，密度r= 7.26 g×cm-3，原子半徑r = 0.112nm，計(jì)算Mn晶胞中有幾個(gè)原子，其堆積系數(shù)為多少？ 12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(diǎn)：均具有均一性、穩(wěn)定性，均為混合物，均存在溶解性問題（對(duì)固態(tài)溶液稱為固溶度，

7、對(duì)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(zhì)完全一樣；2. 穩(wěn)定性：溫度不變，溶劑量不變時(shí)，溶質(zhì)和溶劑長(zhǎng)期不會(huì)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(diǎn)：固溶體的溶質(zhì)和溶劑均以固體形式出現(xiàn)，而液體溶體的溶質(zhì)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(zhì)組元溶入晶態(tài)溶劑，并保持溶劑晶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(zhì)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(jià)，化學(xué)鍵性質(zhì)，晶體結(jié)構(gòu)等因素。（1）原子或離子半徑大小： ，r

8、 < 15 %, 形成連續(xù)固溶體；15% < r < 30%, 形成有限固溶體；r 30%,難形成固溶體；（2）電價(jià)：兩種固體只有在離子價(jià)相同或同號(hào)離子的離子價(jià)總和相同時(shí)，才能滿足電中性要求，形成連續(xù)固溶體。（3）化學(xué)鍵相近，易形成連續(xù)固溶體。（4）晶體結(jié)構(gòu)類型相同，易形成連續(xù)固溶體。14說明下列符號(hào)的含義： ：代表鈉原子格點(diǎn)位置空位；代表鈉離子格點(diǎn)位置空位,帶一個(gè)有效負(fù)電荷代表氯離子格點(diǎn)位置空位,帶一個(gè)有效正電荷鈣離子取代鉀離子,進(jìn)入鉀離子格點(diǎn)位置, 帶一個(gè)有效正電荷鈣離子在鈣離子格點(diǎn)位置鈣離子在間隙位置，帶兩個(gè)有效正電荷15寫出CaCl2溶解在KCl中各種可能的缺陷反應(yīng)式

9、3 種可能性： Ca2+取代K+，Cl-進(jìn)入Cl-晶格位置： Ca2+取代K+，Cl-進(jìn)入間隙位置： Ca2+進(jìn)入間隙位置，Cl-占據(jù)晶格位置： 16. 說明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)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(zhì)原子代替一部分溶劑原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所組成的固溶體。 間隙型固溶體：溶質(zhì)原子進(jìn)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(zhì)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)：方向A：方向B：方向C：方向D：方向E：方向F：方向G：方向H：20 試求下圖中所示面的密勒指數(shù)A面：在x、y、z上的截距分別為x=