固體化學復習題答案(共10頁)

1、固體(gt)化學復習題什么(shn me)是固體化學？ 固體化學是研究固體物質的制備、組成、結構、性質和反應的化學分支學科(xuk)。它是無機化學、固體物理、晶體結構和材料科學等多門學科的交叉領域，已成為當前無機化學學科中一個十分活躍的新興分支學科。固體化學的研究內容是什么？ (1) 固體中的缺陷平衡； (2) 固體中的擴散； (3) 固相化學反應。按照材料的化學組成來分類，固體材料可以分成哪幾類？ 金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料。按照材料的使用性能來分類，固體材料可以分成哪幾類？ 結構材料：主要使用材料的力學性能； 功能材料：主要使用光、電、磁、熱、聲等功能特性。按照材料

2、組成的有序程度來分類，固體材料可以分成哪幾類？晶態(tài)：固體具有長程有序的點陣結構，如氯化鈉、硫化鋅、砷 化鋅等，其中的組成原子或基元是處于按一定格式空間 排列的狀態(tài)。 非晶態(tài)：固體的結構類似液體，只在幾個原子間距的量程范圍內 或者說原子在短程處于有序狀態(tài)，而長程范圍原子的排 列沒有一定的格式，如玻璃和許多聚合物。 按照材料中原子結合力本質來分類，固體材料可以分成哪幾類？ 離子晶體、共價晶體、金屬晶體、分子晶體、氫鍵晶體。舉例說明何謂共價晶體？何謂分子晶體？二者在電學性質上有什么本質的區(qū)別？ 共價晶體：組成原子之間靠共價鍵結合，鍵有方向性和飽和性，如硅、InSb、PbTe。 分子晶體: 組成分子之

3、間靠范德華力結合，鍵能低。如Ar, H2、CO2。簡述石墨晶體中化學鍵的成鍵方式。 石墨晶體具有層狀結構。每一層內的每個碳原子中的三個電子與鄰近的三個碳原子以共價鍵結合，組成片狀六角形的平面蜂巢結構，另一個價電子則為該層內所有碳原子所共有，形成金屬鍵；層與層之間則以范德華力相互作用。因此，石墨晶體中既包含有共價鍵，又包含有金屬鍵和范德華力，從而使得石墨表現(xiàn)出固體物質的多重性質：質地柔軟光滑、容易磨碎、密度小、熔點高、不透明、有光澤和導電率高。 當今導致重大科學與技術進步的五大實驗(shyn)技術手段是什么？ 激光技術、核磁共振(h c n zhn)、同步輻射、質譜、超高壓技術。10.什么是組合

4、(zh)化學？ 組合化學(Combinatorial Chemistry)特點為可以一次性成批量獲得很大數(shù)量的類似化合物一化合物庫（chemical library）以供高通量篩選，尋找先導化合物。采用這種方法，可以大大增加尋找具有特殊功能新化合物的機會。什么是軟化學合成？ 軟化學合成方法：它力求在中低溫或溶液中使反應起始物在分子狀態(tài)上均勻混合，進行可控的反應步驟，經過生成前驅體或中間體，最后生成具有指定組成、結構和形貌的材料。生物無機化學的研究內容是什么？ 生物無機固體化學是生命科學、材料科學和固體化學的新興交叉學科，它研究在生物體系中無機礦物的結構、性質與功能之間關系，以及闡明生物礦化過程

5、的機理。 下列坩堝的最高工作溫度分別是多少？a.Pt 1770 C ; b. Au 1063 C ; c. Ag 960 C ; d.Ir 2450 C ; e. Al2O3 1950 C; f. ZrO2/Y2O3 2000 C. 14. 在無機固相合成中，為減少離子的擴散距離，經常采用“前驅法”來進 行合成。這種方法的優(yōu)點和缺點各是什么？優(yōu)點：降低反應溫度，穩(wěn)定亞穩(wěn)相，減少中間雜質相，產物 晶粒小、表面積大。缺點：起始反應物難于控制，如很難控制反應物的整比性， 有些離子在水溶液中馬上發(fā)生水解和沉淀。簡述氣相傳輸反應和化學氣相沉積法（CVD）的區(qū)別。 用于氣相傳輸反應的試劑不參與總體的化學反

6、應，而在CVD中，氣相試劑既充當傳輸?shù)淖饔?，有參與了化學反應。簡述高壓方法在無機合成中的主要作用。穩(wěn)定亞穩(wěn)態(tài)；穩(wěn)定陽離子的高氧化態(tài)，進而提高陽離子的配 位數(shù)；提高熔點，進而合成高溫相；縮短反應時間，降低反應的 活化能。單晶與多晶的主要(zhyo)區(qū)別是什么？單晶在長程范圍(fnwi)內具有平移周期性。為什么要花大力氣(l qi)進行單晶的合成？利用單晶可以直接完成晶體結構的測定和晶體固有物理性質 的測量?？刂茊尉Т笮『图兌鹊闹饕蛩厥鞘裁?？控制單晶大小和純度的主要因素是成核和生長。如果成核速 度慢，而生長速度塊，就會得到大的晶體。如果成核速度快于生 長速度，就會得到小的單晶，甚至多晶。提供何種

7、手段來提高晶體生長的速度？關鍵是提高晶體的擴散系數(shù)。如果是通過由其他的相來形成 固相，就會提高晶體的擴散系數(shù)，進而提高晶體生長的速度。 如： (a) 液體 (熔體) 固體 (冷凍) (b) 氣體 (蒸氣) 固體 (冷凝) (c) 溶液 固體 (沉淀)怎樣以較慢的速度來控制晶核的出現(xiàn)？ 利用下列中的一種或幾種方法的同時使用，可以控制晶核以 較慢的速度出現(xiàn)： (a) 減慢熔體的冷卻； (b) 溫度剃度的使用； (c) 晶種的使用。 薄膜的主要性質是什么？ (a) 大的表面積； (b) 可以控制的幾何形狀； (c) 密集性； (d) 類似單晶的物理性質。薄膜生長的主要方法有那些？ 化學氣相沉積 (C

8、VD), 真空蒸發(fā)，激光蒸發(fā)，濺射，分子束 外延(MBE)，液相外延(LPE)?？刂乒虘B(tài)反應速率的三個因素是什么？ （a）反應固體之間的接觸面積及其表面積; （b）產物相的成核速度; （c）離子通過各物相特別是通過產物相的擴散速度。 如果(rgu)按物理本質來劃分，主要有哪五大類鑒定手段？衍射學、化學分析(huxu fnx)、顯微學、熱分析和光譜學。衍射(ynsh)技術包括哪三類？X射線衍射，中子衍射，電子衍射。通過粉末衍射可以得到那些信息？已知相數(shù)目和成分；晶胞大小和晶系；晶體結構；晶粒大小。通過單晶衍射可以得到那些信息？空間群和晶系；晶胞大??；鍵長和鍵角；鍵的強度；本征密度。 粉末衍射可以

9、檢測到的最低含量為多少？通常為樣品總體積的0.5 5%。對于無機固體來說，化學分析方法主要作用是什么？ 樣品的成分和定量組成。掃描電子顯微鏡（SEM）的主要用途是什么？ 確定樣品的形貌和顆粒大小。EPMA和HRTEM分別是那種分析技術的縮寫？ EPMA: Electron probe microanalysis HRTEM: High Resolution Transmission Electron Microscopy TGA是那種分析技術的縮寫？ 通過TGA可以獲得那些信息？ TGA： Thermogravimetric AnalysisTGA用于檢查不同溫度下樣品重量的變化?？梢栽谝韵聨?/p>

10、方面應用：是否存在結晶水及其數(shù)量；檢測氧的含量；c. 確定化學分解反應。 紅外和拉曼光譜主要用于什么(shn me)？二者的主要區(qū)別是什么？紅外和拉曼光譜主要由于檢驗(jinyn)特殊化學官能團。二者的發(fā)生 都與官能團中原子(yunz)的特殊振動方式有關。紅外活性與偶極矩變化 的振動有關，因此中心對稱的振動模式是紅外非活性的。拉曼活 性的主要選律是涉及的核的運動必須產生極化率的變化。發(fā)生衍射的主要輻射源有那些？含有燈絲的封閉的X射線管；轉動的陽極；同步輻射；d核反應堆；e. 電子槍。 分別說明以下示意圖中晶體的堆積方式，并給出相應的代表符號。 bcc hcp fcc以下為碳的不同存在方式。分別

11、說明碳各自采用的雜化軌道形式。 sp2 sp2 pure sp2 pure sp3在石墨中存在那幾種化學鍵？與前重復對應于下圖中的幾種旋轉對稱操作各有幾個？ 4 fold 3個 3 fold 4個 2 fold 6個晶體中可以存在多少個晶系？ 多少個空間(kngjin)群？ 多少個點陣？7個晶系，230個空間(kngjin)群， 14個點陣。用于描述單位晶胞(jn bo)的六個基本元素是什么？ 四方晶系和正交晶系的主要區(qū)別是什么？Tetragonala=bca=b=90 Orthorhombicabca=b=90面心立方格子與簡單立方格子的主要區(qū)別是什么？在面心立方格子中，所有原子都是相同的，

12、它們分別在頂角 和面心的位置。在簡單立方格子中，不同的原子分別處于頂角和 體心的位置。對應于圖中所示晶面的Miller指數(shù)分別是什么？ 111 212 110簡述NaCl結構的主要特點。NaCl結構也叫巖鹽(ynyn)結構。特點如下： CCP Cl- with Na+ in all Octahedral holes Lattice: fcc Motif: Cl at (0,0,0); Na at (1/2,0,0) 4NaCl in unit cell Coordination: 6:6 (octahedral) Cation and anion sites are topologically

13、 identical 簡述螢石結構的主要(zhyo)特點。 CCP Ca2+ with F- in all Tetrahedral holes Lattice: fcc Motif: Ca2+ at (0,0,0); 2F- at (1/4,1/4,1/4) & (3/4,3/4,3/4) 4CaF2 in unit cell Coordination: Ca2+ 8 (cubic) : F- 4 (tetrahedral) ZnS有哪兩種結構類型？ 二者各有什么特點(tdin)？ 二者的主要區(qū)別是什么？ZnS有閃鋅礦和纖鋅礦兩種結構。結構上的共同點是每四個 正四面體共用一個頂點。 閃鋅礦（B

14、lende）特點如下： CCP S2- with Zn2+ in half Tetrahedral holes (only T+ or T- filled) Lattice: fcc 4ZnS in unit cell Motif: S at (0,0,0); Zn at (1/4,1/4,1/4) Coordination: 4:4 (tetrahedral) Cation and anion sites are topologically identical 纖鋅礦（Wurtzite）特點如下：HCP S2- with Zn2+ in half Tetrahedral holes (onl

15、y T+ or T- filled) Lattice: Hexagonal - P a = b, c (8/3)a Motif: 2S at (0,0,0) & (2/3,1/3,1/2); 2Zn at (2/3,1/3,1/8) & (0,0,5/8) 2ZnS in unit cell Coordination: 4:4 (tetrahedral)二者主要區(qū)別： 閃鋅礦：堆積方式：ccp；重復方式：ABC 纖鋅礦：堆積方式：hcp；重復方式：AB金紅石結構的主要特點。Stoichiometry = AX2 Space Group = P42/mnm (136) a = 4.4-5 ang

16、stroms c = 2.8-3.3 angstroms Atomic Positions A 2a 0, 0, 0 X 4f x, x, 0 (x0.3) Coordination Numbers/Geometry A CN=6 Axially elongated octahedral coordination XCN=3 Trigonal Planar coordination Representative Compounds* Oxides (17) - (i.e. MO2 M=Cr, Ge, Ir, Mo, Nb, Os, Pb, Ru, Sn, Te, Ti) Fluorides (

17、7) - (i.e. MF2 M=Co, Fe, Mg, Mn, Ni, Pd, Zn) Nitrides (1) - Ti2N (Antirutile) Structurechains of edge sharing TO6 octahedra running parallel to the c-direction 鈣鈦礦結構的主要(zhyo)特點。Stoichiometry = AMX3 Space Group = Pm3m (221) a = 2(rM + rX) 3.5-4.5 angstroms Atomic Positions A 1b , , M 1a 0, 0, 0 X 3d

18、, 0, 0 Coordination Numbers/Geometry ACN=12 Cuboctahedral coordination M CN=6 Octahedral coordination X CN= 2 M(Linear coordination) + 4 A (Square planar coordination) 尖晶石和反尖晶石結構的主要(zhyo)特點。SpinelStoichiometry = AM2X4 Space Group = Fd3m (227) a = 5.8 - 8.7 Atomic Positions A 8a 0, 0, 0 M16d 5/8, 5/8

19、, 5/8 X32e x, x, x x 0.385 Coordination Numbers/Geometry A 4 Tetrahedral coordination M 6 Octahedral coordination X 4 Distorted tetrahedral coordination Spinels can be classified as either normal or inverse, depending upon the cation distribution. Normal spinels are contain A cations on the tetrahed

20、ral sites and M cations on the octahedral sites, as depicted in the description above. In contrast, the tetrahedral sites in an inverse spinel are occupied by the M cations and the octahedral sites by a 50:50 mixture of A and M cations. normal: ATM2OO4 inverse: MTA,MOO4晶體結構中的缺陷按照(nzho)幾何形態(tài)分類可以分為哪幾類？ 點缺陷(quxin)、線缺陷、面缺陷點缺陷與材料的那些(nxi)性質有關？ 點缺陷與材料的電學性質、光學性質以及材料的高溫動力學 過程等有關。線缺陷與材料的那些性質有關？ 線缺陷的產生及運動與材料的韌性、脆性密切相關。 面缺陷與材料的那些性質有關？ 面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關。 納米材料所對應的尺寸是什么？ 1 - 100nm納米材料的定義是什么？納米材料”是一