无机非金属科学基础计算题Word格式文档下载.docx
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单键强度大于335KJ/mol的氧化物,可单独形成玻璃。
网络变性体:
3、触变性、硼反常现象;
触变性:
是泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间存在的介于二者之间的中间状态。
即泥浆静止不动时似凝固体,一经扰动或摇动,凝固的泥浆又从头取得流动。
如再静止又从头凝固,可重复无数次。
硼反常现象:
硼酸盐玻璃与相同条件下的硅酸盐玻璃相较,其性质随R2O或RO加入量的转变规律相反,这种现象称硼反常现象。
4、正尖晶石、反尖晶石;
正尖晶石;
在AB2O4尖晶石结构中,A离子占据四面体间隙,B离子占据八面体间隙的尖晶石。
反尖晶石:
若是半数的B离子占据四面体间隙,A离子和另外半数的B离子占据八面体间隙则称反尖晶石。
5、线缺点、面缺点;
线缺点:
指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺点。
面缺点:
指在两维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺点。
6、晶子学说、无规则网络学说;
晶子学说:
以为玻璃结构是一种不持续的原子(晶子)的结合体,即无数“晶子”分散在无定形介质中,“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成,“晶子”不同于一般微晶,而是带有晶格极度变形的微小有序区域,在“晶子”中心质点排列较有规律,越远离中心则变形程度越大,从“晶子”部份到无定形部份的过渡是慢慢完成的,二者之间无明显界面。
无规则网络假说:
凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样,也是由一个三度空间网络所组成。
这种网络是由离子多面体(三角体或四面体)构筑起来的。
晶体结构网是由多面体无数次有规律重复组成,而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
7、类质同晶、同质多晶;
化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象,称为同质多晶现象。
8、点缺点、热缺点;
点缺点:
三维方向上缺点尺寸都处于原子大小的数量级上。
热缺点:
晶体温度高于绝对0K时,由于热起伏使一部份能量较大的质点(原子或离子)离开平衡位置所产生的空位和/或间隙质点。
9、缩聚、解聚;
由分化进程产生的低聚合物,彼此作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部份Na2O,那个进程称为缩聚,也即聚合。
解聚:
在熔融SiO2中,O/Si比为2:
1,[SiO4]连接成架状。
若加入Na2O则使O/Si比例升高,随加入量增加,O/Si比可由原来的2:
1慢慢升高到4:
1,[SiO4]连接方式可从架状变成层状、带状、链状、环状直至最后断裂而形成[SiO4]岛状,这种架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化进程,也即解聚。
10、晶面指数;
晶面指数:
结晶学中经常常利用(hkl)来表示一组平行晶面,称为晶面指数。
数字hkl是晶面在三个坐标轴(晶轴)上截距的倒数的互质整数比。
二、填空(17分)
一、在玻璃形成进程中,为避免析晶所必需的冷却速度的肯定采用(绘制3T曲线)的方式。
二、a=b≠cα=β=γ=900的晶体属(四方)晶系。
3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的((0001))面,立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的((111))面。
4、Zn1+xO在还原气氛中可形成(n)型半导体,缺点浓度与氧分压的1/6次方成(反比),若是减少周围氧气的分压,Zn1+xO的密度将(增大)。
五、b与位错线(垂直)的位错称为刃位错,;
b与位错线(平行)的位错称为螺位错,。
六、形成持续固溶体的条件是(│(rl-r2)/rl│<
15%)、(相同的晶体结构类型)和(离子价相同或离子价总和相等)。
7、在AB2O4型尖晶石结构中,若以氧离子作立方紧密堆积排列,在正尖晶石结构中,A离子占有(四面体)间隙,B离子占有(八面体)间隙。
八、晶体的热缺点有(肖特基缺点)和(弗伦克尔缺点)两类,热缺点浓度与温度的关系式为(n/N=exp(-∆Gf/2kT))。
九、硅酸盐晶体分类的依据是(硅氧四面体的连接方式)。
按此分类法可将硅酸盐矿物分为(岛状)结构、(组群)结构、(链状)结构、(层状)结构和(架状)结构。
10、陶瓷元件表面被银,为提高瓷件与银层间的润湿性,瓷面表面应(抛光)。
1一、同价阳离子饱和的粘土胶粒的ξ电位随阳离子半径的增加而(降低)。
1二、Ca-粘土泥浆胶溶时,加入NaOH和Na2SiO3电解质,(Na2SiO3)效果好?
13、a=b≠cα=β=900,γ=1200的晶体属(六方)晶系。
14、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有(对称中心)、(对称面)、(对称轴)、(倒转轴)
1五、粘土带电荷的主要原因是(粘土晶格内离子的同晶置换)、(粘土边面断裂)和(粘土内腐殖质离解),粘土所带静电荷为(负)
17、晶体的对称要素中微观对称要素种类有(平移轴)、(像移面)、(螺旋轴)。
1八、由于(不等价置换)的结果,必然会在晶体结构中产生“组分缺点”,组分缺点的浓度主要取决于:
(搀杂量(溶质数量))和(固溶度)。
1九、UO2+x在氧化气氛中可形成(阴离子间隙型)型非计量化合物,可形成(P)型半导体,缺点浓度与氧分压的1/6次方成(正比),若是减少周围氧气的分压,UO2+x的密度将(增大)。
20、为使瘠性料泥浆悬浮,一般常常利用的两种方式是(控制料浆的pH值)和(有机表面活性物质的吸附)
三、问答题(70分)
一、试写出少量MgO搀杂到A12O3中和少量YF3搀杂到CaF2中的缺点反映方程与对应的固溶式。
(7分)
解:
少量MgO搀杂到A12O3中缺点反映方程及固溶式为:
,
(分)
少量YF3搀杂到CaF2中缺点反映方程及固溶式如下:
,
(分)
二、MoO3和CaCO3反映时,反映机理受到CaCO3颗粒大小的影响。
当MoO3:
CaCO3=1:
1,MoO3的粒径r1为0.036mm,CaCO3的粒径r2为0.13mm时,反映是扩散控制的;
而当CaCO3:
MoO3=15:
1,r2<0.03mm时,反映由升华控制,试解释这种现象。
答:
当MoO3的粒径r1为0.036mm,CaCO3的粒径r2为0.13mm时,CaCO3颗粒大于MoO3,由于产物层较厚,扩散阻力较大,反映由扩散控制,反映速度随着CaCO3颗粒度减小而加速,(分)当r2<
r1时存在过量CaCO3,,反映由MoO3粒径升华控制,并随着MoO3粒径减小而加重。
3.什么是润湿?
改善润湿的方式有那些?
(8分)
润湿:
固体与液体接触后,体系(固体+液体)的吉布斯自由能降低时,就称润湿。
(2分)
改善润湿的方式有:
①降低γSLS、V两相组成尽可能接近;
②降低γLV在液相中加表面活性剂;
③提高γSV去除固体表面吸附膜;
④改变粗糙度。
(分)
4、为何等轴晶系有原始、面心、体心格子,而没有单面心格子?
(4分)
因为从结构散布看,单面心格子不符合立方格子所固有的4L3的对称性。
(4分)
五、说明高岭石和蒙脱石的结构特点,并解释为何蒙脱石具有膨胀性和高的阳离子互换容量,而高岭石则不具有膨胀性、阳离子互换容量也很低。
(10分)
高岭石的阳离子互换容量较小,而蒙脱石的阳离子互换容量较大。
因为高岭石是1:
1型结构,离子的取代很少,单网层与单网层之间以氢键相连,氢键强于范氏键,水化阳离子不易进入层间,因此阳离子互换容量较小。
(5分)而蒙脱石是为2:
1型结构,铝氧八面体层中大约1/3的Al3+被Mg2+取代,为了平衡多余的负电价,在结构单位层之间有其它阳离子进入,而且以水化阳离子的形式进人结构。
水化阳离子和硅氧四面体中O2-离子的作使劲较弱,因此,这种水化阳离子在必然条件下容易被互换出来。
C轴可膨胀和阳离子互换容量大,是蒙脱石结构上的特征。
(5分)
6.说明熔体中聚合物形成进程?
从结构上来讲明在SiO2熔体中随着Na2O加入量的不同,熔体粘度、形成玻璃能力如何转变,为何?
(6分)
熔体中聚合物形成份三个阶段。
初期:
主如果石英颗粒的分化;
中期:
缩聚并伴随变形;
后期:
在一按时刻和必然温度下,聚合和解聚达到平衡。
(3分)
在SiO2熔体中随着Na2O加入量的增加,分化的不断进行,熔体中高聚合度的聚合物的含量不断减少,低聚合度的聚合物的含量不断增加,致使熔体粘度降低、形成玻璃能力下降。
7、用NaCl和NH4Cl别离稀释同一种粘土泥浆,当电解质加入量相同时,试比较两种泥浆下列性质的不同。
(6分)
(1)泥浆的流动性
(2)泥浆的触变性(3)泥浆的可塑性
(4)坯体的致密度(5)粘土的ζ电位(6)泥浆的流动性
(1)泥浆的流动性NaCl>
NH4Cl
(2)泥浆的触变性NaCl<
NH4Cl
(3)泥浆的可塑性NaCl<
(4)坯体的致密度NaCl>
(5)粘土的ζ电位NaCl>
(6)泥浆的流动性NaCl>
8、硅酸盐晶体结构分类依据是什么?
可分为哪几类,每类的结构特点是什么?
(9分)
硅酸盐晶体结构分类依据是:
结构中硅氧四面体的连接方式。
可分为岛状:
硅氧四面体孤立存在;
(分)组群状:
硅氧四面体以两个、三个、四个或六个,通过共用氧相连成硅氧四面体群体,群体之间由其它阳离子连接;
(分)链状:
硅氧四面体通过共用氧相连,在一维方向延伸成链状,链与链之间由其它阳离子连接;
(分)层状:
硅氧四面体通过三个共用氧在两维平面内延伸成硅氧四面体层;
(分)架状:
每一个硅氧四面体的四个顶角都与相邻的硅氧四面体共顶,形成三维空间结构。
9.在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体或孤立存在,或共顶存连接,而不共棱更不共面,解释之。
按照鲍林规则,高电价低配位的阳离子与阴离子形成的配位多面体以共棱,专门是共面方式存在时,结构的稳固性降低。
在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体以共棱、共面方式相连时,中心阳离子间距较孤立存在或共顶存连接时小,中心阳离子间的斥力大,尤其是共面时斥力更大,结构不稳固,因此在硅酸盐晶体结构中,[SiO4]四面体或孤立存在,或共顶存连接,而不共棱更不共面。
10、若是NiO和Cr2O3球形颗粒之间反映生成NiCr2O4是通过产物层扩散进行的,请回答:
(1)若1300℃,DCr3+>
>
DNi2+>
DO2-,控制NiCr2O4生成速度的扩散是哪一种离子的扩散?
为何?
(2)试分析初期的这一反映转化率G-t关系应符合哪个动力学方程?
(1)控制NiCr2O4生成速度的扩散是Ni2+离子。
因为NiO与Cr2O3主要阳离子通过产物层的逆向扩散生成NiCr2O4。
而DCr3+>
DO2,Cr3+扩散速度快,而Ni2+扩散速度慢。
(2)这一反映初期转化率与时刻之间的关系应符合杨德尔方程[1-(1-G)1/3]2=KJt。
11、在扩散传质的烧结进程中,使坯体致密的推动力是什么?
哪些方式可增进烧结?
说明原因。
在扩散传质的烧结进程中,系统内不同部位(颈部、颗粒接触点、颗粒内部)空位浓度不同,致使原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移,填充到气孔中。
因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。
对于扩散传质:
(1)控制原料的起始粒度超级重要,颗粒细小的原料可增进烧结,因为颈部增加速度x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比;
(2)温度对烧结进程有决定性作用,扩散系数与温度呈指数关系,因此提高温度可加速烧结。
12.简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。
硅酸盐晶体结构分类的原则:
各类结构中硅氧四面体的形状:
岛状结构:
四面体;
组群状结构;
(分)双四面体、三节环、四节环和六节环;
(分)链状结构:
单链、双链;
(分)层状结构:
平面层;
(分)架状结构:
三维空间延伸的骨架。
13.试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的转变,解释硼酸盐玻璃的硼反常现象?
答、B2O3中加入Na2O后,Na2O所提供的氧使[BO3]三角体变成[BO4]四面体,致使B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部份转变成三维的架状结构,从而增强了网络,并使玻璃的各类物理性质变好,这与相同条件下的硅酸盐玻璃相较,其性质随R2O或RO加入量的转变规律相反,出现硼酸盐玻璃的硼反常现象。
14、用KCl和CaCl2别离稀释同一种粘土泥浆,当电解质加入量相同时,试比较两种泥浆下列性质的不同。
(4)坯体的致密度(5)粘土的ζ电位(6)泥浆的稳固性
(1)泥浆的流动性KCl>
CaCl2(1分)
(2)泥浆的触变性KCl<
CaCl2(1分)
(3)泥浆的可塑性KCll<
(4)坯体的致密度KCl>
(5)粘土的ζ电位KCll>
NCaCl2(1分)
(6)泥浆的稳固性KCl>
CaCl2(1分)
15.试比较伊利石和蒙脱石的结构特点。
伊利石和蒙脱石是2:
l型结构(1分),其结构皆属于单斜晶系;
都存在同晶取代,蒙脱石同晶取代主要发生在八面体层中(1分),而伊利石是发生在硅氧面体层中(1分);
蒙脱石的电荷不平衡由进入层间的水化阳离子补偿,这种水化阳离子在层间无固定位置,结合力弱,容易被互换出来(2分);
伊利石的电荷不平衡由进入层间的K+离子补偿,K+离子有固定位置和配位数,结合较牢固(2分),因此蒙脱石的阳离子互换能力比伊利石强,蒙脱石结构中有层间水,并有膨胀性,而伊利石没有(1分)。
16.试解释说明为何在硅酸盐结构中Al3+常常取代[SiO4]中Si4+,但Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+?
((配位数为6时,S14+、A13+和O2-的离子半径别离为Å
、Å
和Å
;
配位数为4时,一离子半径依次为Å
))。
CN=4,rAl3+/ro2-==,Al3+四配位稳固,故在硅酸盐结构中Al3+常常取代[SiO4]中Si4+形成[AlO4];
(分)CN=6,rSi4+/ro2-==,Si4+四配位稳固,六配位不稳固,故在硅酸盐结构中Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+,形成[SiO6]。
17.网络变性体(如Na2O)加到石英玻璃中,使硅氧比增加。
实验观察到当O/Si=~3时,即达到形成玻璃的极限,按照结构解释为何在2<
O/Si<
的碱和硅石混合物能够形成玻璃,而O/Si=3的碱和硅石混合物结晶而不形成玻璃?
(7分)
在2<
的碱和硅石混合物中,氧硅比较低,在高温熔体中高聚物含量较高,熔体黏度较高,不易析晶,所以能够形成玻璃;
(分)而在O/Si=3的碱和硅石混合物中,氧硅比较高,在高温熔体中低聚物含量较高,熔体黏度较低,所以易析晶,而不形成玻璃。
(3.
18.说明影响扩散的因素?
(1)化学键:
共价键方向性限制不利间隙扩散,空位扩散为主。
金属键离子键以空位扩散为主,间隙离子较小时以间隙扩散为主。
(2)缺点:
缺点部位会成为质点扩散的快速通道,有利扩散。
(3)温度:
D=D0exp(-Q/RT)Q不变,温度升高扩散系数增大有利扩散。
Q越大温度转变对扩散系数越敏感。
(4)杂质:
杂质与介质形成化合物降低扩散速度;
杂质与空位缔合有利扩散;
杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。
(5)扩散物质的性质:
扩散质点和介质的性质不同大利于扩散
(6)扩散介质的结构:
结构紧密不利扩散。
19、出下列反映的合理缺点反映式(7分)
a.NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体
b.CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体
溶入CaCl2中形成空位型固溶体
(分)
20、完成下列缺点反映式(10分)
Fe2O3
FeO
CaF2
YF3
或
(5分)
21.影响固相反映的因素有那些?
影响固相反映的因素有反映物化学组成与结构的影响;
颗粒度和散布影响;
反映温度、压力、气氛影响;
矿化剂的影响。
22.晶界移动碰到气孔时会出现几种情形,从实现致密化目的考虑,晶界应如何移动?
如何控制?
烧结初期,晶界上气孔数量很多,现在气孔阻止晶界移动,Vb=0。
(2分)烧结中、后期,温度控制适当,气孔逐渐减少。
能够出现Vb=Vp,现在晶界带动气孔以正常速度移动,使气孔维持在晶界上,气孔能够利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速聚集或消失。
(2分)继续升温致使Vb》Vp,晶界越过气孔而向曲率中心移动,气孔包入晶体内部,只能通过体积扩散排除,这是十分困难的。
从实现致密化目的考虑,晶界应带动气孔以正常速度移动,使气孔维持在晶界上,气孔能够利用晶界作为空位传递的快速通道而迅速聚集或消失。
控制方式:
控制温度,加入外加剂等。
三.计算题(10分)
1.在制造透明Al2O3材料时,原始粉料粒度为2μm,烧结至最高温度保温半小时,测得晶粒尺寸为10μm,试问保温2小时,晶粒尺寸多大?
为抑制晶粒生长加入%MgO,现在若保温2小时,晶粒尺寸又有多大?
(1)G2-G02=kt102-22=得k=192
G2-22=192*2G≈20μm(4分)
(2)G3-G03=ktk=1984
G3–8=1984*2G≈μm(4分)
2.在KCl晶体中掺入10-5mo1%CaCl2,低温时KCl中的K+离子扩散以非本征扩散为主,试回答在多高温度以上,K+离子扩散以热缺点控制的本征扩散为主?
(KCl的肖特基缺点形成能ΔHs=251kJ/mol,R=mo1·
K)。
在KCl晶体中掺入10-5mo1%CaCl2,缺点方程为:
则搀杂引发的空位浓度为
(5分)
欲使扩散以热缺点为主,则
即
3.在CaF2晶体中,肖特基缺点的生成能为,计算在1600℃时热缺点的浓度。
若是CaF2晶体中,含有百万分之一的YF3杂质,则在1600℃时CaF2晶体中是热缺点占优势仍是杂质缺点占优势?
(玻尔兹曼常数k=×
10-23、电子的电荷e=×
10-19)
解:
因为n/N=exp(-∆Gf/2kT)
∆Gf=×
×
10-19=×
10-19JT=1600+273=1873K
所以n/N=exp(×
10-19/2×
10-23×
1873)=exp()=×
10-8(5分)
在CaF2晶体中,含有百万分之一的YF3杂质,缺点方程如下:
现在产生的缺点为
,
=10-6大于热缺点浓度×
10-8,故在1873K时杂质缺点占优势
或
现在产生的缺点为
=×
10-7大于热缺点浓度×
10-8,故在1873K时杂质缺点占优势(5分)
4.有两种不同配比的玻璃,其组成如下:
序号
Na2Omol%
Al2O3mol%
SiO2mol%
1
10
12
78
2
20
6
74
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小?
1#玻璃:
Na2O/Al2O3=10/12<
1,所以Al3+在玻璃中起网络变性离子的作用(1分)
R1=(10+12*3+78*2)/78=X1=2*=Y1==(3分)
2#玻璃:
Na2O/Al2O3=20/6>
1,所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用(1分)
R2=(20+6*3+74*2)/(74+6*2)=X2=2*=Y2==(3分)
因此Y1<
Y2R1>
R2即2#玻璃桥氧分数大于1#,O/Si比小于1#玻璃,所以在高温下1#熔体黏度小于2#.(2分)
5.CeO2为萤石结构,其中加入形成固溶体,实验测得固溶体晶胞参数a0=,测得固溶体密度ρ=6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型?
(其中Ce=,Ca=,O=16)
(1)(4分)
(2)(4分)
(1)式固溶式为:
(2)式固溶式为:
实测D=6.54g/cm3,接近D01,说明方程
(1)合理,(1分)
固溶体化学式:
为氧空位型固溶体。
课后习题
3-6说明下列符号的含义:
VNa,VNa'
,VCl˙,(VNa'
VCl˙),CaK˙,CaCa,Cai˙˙
钠原子空位;
钠离子空位,带一个单位负电荷;
氯离子空位,带一个单位正电荷;
最临近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心;
Ca2+占据K.位置,带一个单位正电荷;
Ca原子位于Ca原子位置上;
Ca2+处于晶格间隙位置。
3-7写出下列缺点反映式:
(l)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体;
(2)CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体;
(3)NaCl形成肖特基缺点;
(4)Agl形成弗伦克尔缺点(Ag+
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- 无机 非金属 科学 基础 算题