无机材料科学基础测试1.docx
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无机材料科学基础测试1
测试一
一、名词解释(每小题3分,共15分)
1.结构弛豫
2.阳离子交换容量
3.本征扩散
4.非均态成核
5.二次再结晶
二、填空(每小题2分,共20分)
1.常用的相平衡实验研究方法有__________、_________和__________三种。
2.化合物TiO2-X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是________________,缺陷形成反应式为_____________________________,属于_________型非化学计量化合物,应在_________气氛下形成。
3.一种玻动的摩尔组成为24mol%Na2O,12mol%Al2O3,64mol%SiO2,其四个基本结构参数为Z=__________,R=___________,X=___________,Y=_________,非桥氧百分数X%=____________。
4.三种典型离子化合物PbI2、PbF2、CaF2的比表面能分别为130尔格/cm2、900尔格/cm2、2500尔格/cm2,由此可以预计这三种化合物的表面双电层厚度的大小次序为_________________________________。
5.粘土粒子破键引起的荷电与介质的PH值有关,高岭土在酸性介质中边棱带______电荷;在碱性介质中边棱带____电荷。
6.某物质在800°C时扩散系数为10-10cm2/s,在1200°C时为10-4cm2/s,则该物质的扩散活化能为__________________kJ/mol。
7.固液相变时,非均态成核势垒与接触角q有关。
当q角分别为__________、_________和_________时,
(1)非均态成核势垒与均态成核势垒相等;
(2)不存在非均态成核势垒;(3)非均态成核势垒为均态成核势垒的一半。
8.归纳起来,固相反应中相界面上的化学反应通常包括以下三个过程:
____________________________、___________________________和____________________________。
9.烧结是基于粉体颗粒间的_____________,以及在___________作用下的______________而完成致密化过程。
10.少量添加物能促进烧结,其原因有四个:
(1)________________________
(2)_________________________
(3)________________________(4)_________________________
三、选择(每小题2分,共20分)
1.二元系统相图中,液相线平坦,这表明
A.随温度变化,液相量变化小
B.随温度变化,液相量变化大
C.出现液相的温度降低
D.出现液相的温度升高
2.在几个球构成的六方或面心立方最紧密堆积中,存在的八面体空隙数为
A.
个 B.
个 C. n个 D.2n个
3.萤石(CaF2)晶体结构中,所有Ca2+作面立方密堆积,F-填充
A.全部四面体空隙 B.全部八面体空隙
C.
四面体空隙 D.
八面体空隙
4.多种聚合程度不等的负离子团同时并存而不是一种独存,是硅酸盐熔体结构远程无序的实质。
当熔体的组成不变时,熔体中各级聚合体的数量与温度的关系是:
温度升高
A.高聚体的数量多于低聚体的数量 B.高聚体的数量少于低聚体的数量
C.高聚体的数量增加 D.高聚体的数量减少
5.在简单碱金属硅酸盐熔体R2O-SiO2中,正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响。
当R2O含量较高,即
比值较大时,降低粘度的次序为:
K+>Na+>Li+,这是因为
A. K2O引入的游离氧最多,则降低粘度的作用最大
B. [SiO4]连接方式已接近岛状,四面体基本上靠R-O键相连,R+半径越大,R-O键力越弱。
C. 因rLi+ D. [SiO4]间的Si-O键是粘度的主要表征,R+半径越小,对Si-O键的削弱能力越强 6.粘土的许多性能与所吸附的阳离子种类有关。 当粘土吸附不同阳离子后,其性能的变化规律以箭头(大®小)表示的是 A.泥浆的稳定性 B.泥浆的流动性 C.泥浆的滤水性 D.泥浆的ζ电位 7.当液体(L)与固体(S)相接触,固体不被液体所润湿,则两相的表面张力关系应为 A.σSV-σSL<σLV B.σSV-σSL>σLV C.σSV >σSL D.σSV <σSL 8.在不稳定扩散条件下,描述介质中各点作为时间函数的扩散物质聚积过程的 菲克第二定理,其基本数学表达式为 A. B.J= C. D. 9.气体通过玻璃的渗透率随玻璃中以下物质含量的增加而增加 A.网络形成离子 B.网络中间离子 C.网络改变离子 D.杂质离子 10.以体积扩散传质为主的烧结过程,烧结初期线收缩率与时间t的( )次方成正比 A. B. C. D. 四、计算与问答(共45分) 1.(5分)玻璃与金属封接,为什么要预先在金属表面作氧化处理,其作用如何? 2.(5分)在组成为16Na2O·xB2O3·(84-x)SiO2的熔体中,当x<15mol%时,增加B2O3的含量,使粘度增大;当x>15mol%时,增加B2O3的含量,则反而会使粘度降低,请解释原因。 3.(5分)在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥(回坯泥中含有少量石膏屑CaSO4),结果使泥浆变稠,为什么? 欲降低泥浆粘度应采取什么措施? 4.(10分)由A向B的液固相变中,单位体积自由焓变化DGV在1000℃时是-100卡/cm3,在900℃时是-500卡/cm3,设A-B间的界面能为500尔格/cm2,求: (1)在900℃和1000℃时的临界半径; (2)在1000℃时进行相变时所需的能量。 5.(10分)由SiO2和Al2O3粉反应生成莫来石的过程是由扩散控制的反应,符合杨德方程,如果活化能为50千卡/mol,反应在1400℃进行1小时,只完成10%,那么1500℃下进行4小时,反应将完成多少? 为加快反应进程可采取哪些有效措施? (气体常数R=1.987卡/mol·k) 6.(10分)如图为ABC三元系统相图,存在两个化合物S1S2, (1)说明化合物S1与S2的性质; (2)划分三角形,判断各三元无变量点E、G、F的性质,并写出相平衡方程;(3)用箭头标出DABC边上及各界线上的温降方向,并判断各界线性质;(4)写出熔体M的固体混合物的的加热过程表达式,并计算液相 成点刚要离开三元无变量点时和相 的百分含量(用线段表示);(5)若熔体组成点在DABC内,最后析晶产物能否同时获得A、B、C,为什么? 答案一 一、名词解释 1.结构弛豫 【解】熔体在冷却时,熔体内的质点(分子、原子、离子)进行位移、重排、结构调整以达到该温度下的平衡态,并放出能量。 2.阳离子交换容量 【解】表征阳离子交换能力的指标,以PH=7时,100克干粘土吸附某种阳离子的毫克当量数表示。 3.本征扩散 【解】依靠热缺陷(即: 弗氏缺陷与肖特基缺陷所产生的空位)进行的扩散。 4.非均态成核 【解】在异相界面进行的成核过程(异相界面: 表面、容器壁、气泡杂质及晶核剂表面)。 5.二次再结晶 【解】当正常晶粒长大过程被杂质或气孔阻止后,当基质相中存在一些晶粒大得多,晶面多得多的晶粒,以致晶粒可以越过杂质或气孔继续推移,从而大晶粒为晶核不断吞并周围小晶粒,而迅速长大成更大晶粒的过程。 二、填空 1.常用的相平衡实验研究方法有__________、_________和__________三种。 2.化合物TiO2-X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是________________,缺陷形成反应式为_____________________________,属于_________型非化学计量化合物,应在_________气氛下形成。 3.一种玻动的摩尔组成为24mol%Na2O,12mol%Al2O3,64mol%SiO2,其四个基本结构参数为Z=__________,R=___________,X=___________,Y=_________,非桥氧百分数X%=____________。 4.三种典型离子化合物PbI2、PbF2、CaF2的比表面能分别为130尔格/cm2、900尔格/cm2、2500尔格/cm2,由此可以预计这三种化合物的表面双电层厚度的大小次序为_________________________________。 5.粘土粒子破键引起的荷电与介质的PH值有关,高岭土在酸性介质中边棱带______电荷;在碱性介质中边棱带____电荷。 6.某物质在800°C时扩散系数为10-10cm2/s,在1200°C时为10-4cm2/s,则该物质的扩散活化能为__________________kJ/mol。 7.固液相变时,非均态成核势垒与接触角q有关。 当q角分别为__________、_________和_________时, (1)非均态成核势垒与均态成核势垒相等; (2)不存在非均态成核势垒;(3)非均态成核势垒为均态成核势垒的一半。 8.归纳起来,固相反应中相界面上的化学反应通常包括以下三个过程: ____________________________、___________________________和____________________________。 9.烧结是基于粉体颗粒间的_____________,以及在___________作用下的______________而完成致密化过程。 10.少量添加物能促进烧结,其原因有四个: (1)________________________ (2)_________________________ (3)________________________(4)_________________________ 【解】 1.差热分析法 加热或冷却曲线法 淬冷却 2.氧离子空位 2Ti Ti +4O 2Ti Ti′+Vo..+3Oox 缺氧 还原性 3.4 2.14 0.27 3.73 12.65% 4.PbI2>PbF2>CaF2 5.正 负 6. 453.857KJ/mol 7. 180° 0° 90° 8. 反应物混合接触并产生表面效应 化学反应及新相生成 晶体生长和结为核子 9. 接触和键合 表面张力 物质的传递 10.形成液相 阻止晶型转变 抑制晶粒生长 形成固液体 三、选择 1.二元系统相图中,液相线平坦,这表明 A.随温度变化,液相量变化小 B.随温度变化,液相量变化大 C.出现液相的温度降低 D.出现液相的温度升高 2.在几个球构成的六方或面心立方最紧密堆积中,存在的八面体空隙数为 A. 个 B. 个 C. n个 D.2n个 3.萤石(CaF2)晶体结构中,所有Ca2+作面立方密堆积,F-填充 A.全部四面体空隙 B.全部八面体空隙 C. 四面体空隙 D. 八面体空隙 4.多种聚合程度不等的负离子团同时并存而不是一种独存,是硅酸盐熔体结构远程无序的实质。 当熔体的组成不变时,熔体中各级聚合体的数量与温度的关系是: 温度升高 A.高聚体的数量多于低聚体的数量 B.高聚体的数量少于低聚体的数量 C.高聚体的数量增加 D.高聚体的数量减少 5.在简单碱金属硅酸盐熔体R2O-SiO2中,正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响。 当R2O含量较高,即 比值较大时,降低粘度的次序为: K+>Na+>Li+,这是因为 A. K2O引入的游离氧最多,则降低粘度的作用最大 B. [SiO4]连接方式已接近岛状,四面体基本上靠R-O键相连,R+半径越大,R-O键力越弱。 C. 因rLi+ D. [SiO4]间的Si-O键是粘度的主要表征,R+半径越小,对Si-O键的削弱能力越强 6.粘土的许多性能与所吸附的阳离子种类有关。 当粘土吸附不同阳离子后,其性能的变化规律以箭头(大®小)表示的是 A.泥浆的稳定性 B.泥浆的流动性 C.泥浆的滤水性 D.泥浆的ζ电位 7.当液体(L)与固体(S)相接触,固体不被液体所润湿,则两相的表面张力关系应为 A.σSV-σSL<σLV B.σSV-σSL>σLV C.σSV >σSL D.σSV <σSL 8.在不稳定扩散条件下,描述介质中各点作为时间函数的扩散物质聚积过程的 菲克第二定理,其基本数学表达式为 A. B.J= C. D. 9.气体通过玻璃的渗透率随玻璃中以下物质含量的增加而增加 A.网络形成离子 B.网络中间离子 C.网络改变离子 D.杂质离子 10.以体积扩散传质为主的烧结过程,烧结初期线收缩率与时间t的( )次方成正比 A. B. C. D. 【解】 1.B 2.C 3.A 4.D 5.B 6.C 7.D 8.C 9.A 10.B 四、计算与问答(共45分) 1.(5分)玻璃与金属封接,为什么要预先在金属表面作氧化处理,其作用如何? 【解】降低金属-玻璃界面能 2.(5分)在组成为16Na2O·xB2O3·(84-x)SiO2的熔体中,当x<15mol%时,增加B2O3的含量,使粘度增大;当x>15mol%时,增加B2O3的含量,则反而会使粘度降低,请解释原因。 【解】B2O3<15mol% Na2O/B2O3>1 生成了[BO4] 粘度增大 B2O3>15mol% Na2O/B2O3<1 生成了[BO3] 粘度减小 3.(5分)在注浆成型的泥浆中常搭配一些回坯泥(回坯泥中含有少量石膏屑CaSO4),结果使泥浆变稠,为什么? 欲降低泥浆粘度应采取什么措施? 【解】Ca-粘土+Na2SiO3+CaSO4 Na-粘土+CaSiO3↓+Na2SO4 使离子交换不完全,粘度增加,应加适量BaCO3 Ca-粘土+Na2SiO3 +CaSO4 Na-粘土+CaSiO3↓+CaCO3↓ 交换完全形成Na-粘土 粘度减小 但是如果BaCO3过多会形成Ba-粘土,流动性更差 如果过少,不能消除[SO4]4-的影响 4.(10分)由A向B的液固相变中,单位体积自由焓变化DGV在1000℃时是-100卡/cm3,在900℃时是-500卡/cm3,设A-B间的界面能为500尔格/cm2,求: (1)在900℃和1000℃时的临界半径; (2)在1000℃时进行相变时所需的能量。 【解】r*=–2γ/△Gv (1)1000℃: r1=-(2×500)/(-100×107×4.18)=2.39×10-7cm=23.9Ǻ 900℃: r2=-(2×500)/(-500×107×4.18)=4.78×10-8cm=4.78Ǻ (2)△G=-(16×3.14×5003)/[3×(100×4.18×10×107)2=1.198×10-10尔格=2.866×10-18卡 5.(10分)由SiO2和Al2O3粉反应生成莫来石的过程是由扩散控制的反应,符合杨德方程,如果活化能为50千卡/mol,反应在1400℃进行1小时,只完成10%,那么1500℃下进行4小时,反应将完成多少? 为加快反应进程可采取哪些有效措施? (气体常数R=1.987卡/mol·k) 【解】[1-(1-G)1/3]2=kt=k0exp(-Q/RT)t 因为G=0.1 t=1h Q=50千卡=50×103×4.18J/mol T=1673K 代入上式 得k0=3995.5h-1 所以 T=1773K t=4h 有[1-(1-G)1/3]2=3995.5[exp(-50×103×4.18)/(8.314×1773)]×4 得G=28.4% 加速反应进程: (1)提高温度 (2)减少物料细度及提高均匀度 (3)加矿化剂 (4)加压力 (5)利用SiO2的多晶转变 6.(10分)如图为ABC三元系统相图,存在两个化合物S1S2, (1)说明化合物S1与S2的性质; (2)划分三角形,判断各三元无变量点E、G、F的性质,并写出相平衡方程;(3)用箭头标出DABC边上及各界线上的温降方向,并判断各界线性质;(4)写出熔体M的固体混合物的的加热过程表达式,并计算液相 成点刚要离开三元无变量点时和相 的百分含量(用线段表示);(5)若熔体组成点在DABC内,最后析晶产物能否同时获得A、B、C,为什么? 【解】 (1)S1: 二元一致熔 S2: 二元一致熔 (2)E: 低熔点LE↔B+S2+C F、G都是单转熔点 F: LF+S1↔S2+C G: LG+A↔S1+S2 (3)e2T 转熔线 L+B↔S2 (4)固相(a) 液相E 液相量%=aM/aE×100% 固相量B量%=(aM/aE)×(S2a/S2B)×100% 固相量S2量%=(EM/aE)×(Ba/S2B)×100% B+S2+C L B+S2 L S2 B+L B L 固相: M a b B B消失 F=0 (消失) F=1 F=1 (S2消失) F=2 液相: E E T C M (5)、不能同时得到A、B、C 因为无以A、B、C为顶角的副三角形。
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