无机材料科学基础综.docx

无机材料科学基础综合测试4测试四一、名词解释（本题30分，每小题3分）1. 结构水2. 压电效应3. 弗仑克尔缺陷4. 硼反常现象5. 非均态核化6. Tg转变温度7. 驰豫表面8. 触变性9. 矿化剂10. 不一致熔融化合物二、填空（本题20分，每小题2分）1. 若将离子晶体中的质点视为球体，则等径球的最紧密堆积方式有和两种，这两种堆积方式中都存在空隙，它们的空间利用率都。2. 在闪锌矿（立方ZnS）结构中，S2密堆积，Zn+填充的空隙，Zn2+的配位数，S2-的配位数，单位晶胞内含有个分子。3. 硅酸盐晶体2MgO 2A12O3 5SiO2的结构式，属于结构。4. 对某MO晶体的空位形成能为4ev，则该晶体在1600°C时的空位浓度为。5. 在A12O3中掺杂少量NiO生成黄宝石，经分析认为是形成置换型固溶体，则缺陷反应方程为，固溶体分子式为。6. 将以下物质形成玻璃的难易程度排列一次序（由易至难用编号排列）。（1） 50%GeO2+50%SiO2熔体100C/min 冷却(2) 50%GeO2+50%SiO2气化到一个0，C的薄板上(3)NaO 2SiO22熔体100°C/min 冷却(4)ZnCl2熔体100C/min 冷却(5)Na2O A12O3 2SiO2熔体100C/min 冷却(6)NaOSiO22熔体100C/min 冷却7.一种玻璃的摩尔组成为10mol%NaO20mol%AlO22 370mol%SiO2，则四个基本结构参数分别为Z=,R=8. 真空中，Al2O3瓷片的表面张力为0.90N/m，液态铁的表面张力为1.72 N/m，而Al2O3液态铁的界面张力为2.30 N/m，则接触角为液态铁能否润湿Al2O3瓷片?9.PbZrO3 和 PbTiO3 均属于型结构，其中Zr4+离子半径为0.079nm, Ti4+离子半径为0.068nm，它们之间能形型固溶体，原因是.10.为了获得稳定致密的硅砖制品，希望硅砖中含有尽可能多的越少越好。（2分）三、选择（每小题2分，共20分）1.某离子化合物的正、负离子半径在r+/ r_=0.573，则正离子的配位数为A. 3B. 4C. 6D. 82.下列硅酸盐矿物，属于链状结构的是B. 镁橄榄石Mg2SiO43.C.顽火辉石Mg2Si2O6D.绿宝石 Be3Al2Si6O18下列四种说法哪个正确A.a方石英和b石英结构中均有一对称面B.a一鳞石英结构中SiOSi键角为150°C. a一石英结构中SiOSi键角为180°D. a一鳞石英结构中有对称面4. 硅酸盐物体中同时存在许多聚合程度不等负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量 增加，O/Si比值增大，这时熔体中A. 高聚体数量增多B.高聚体数量减少C.高聚体数量多于低聚体数量D.高聚体数量少于低聚体数量5. 在简单的二元碱金属硅酸盐熔体R2O-SiO2中，正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响，当R2O含量低即O/Si比值较小时，降低粘度的次序为Li+Na+K+这是因为A. SiO 连接方式已接近岛状，四面体基本上靠R-O键力相连 4B. 因 rLi+<rNa+<rK+, Li-O键力最强C. Li+的积聚作用最大，即吸引SiO.中O2-来包围自己的能力最强4D. SiO4间的键力是粘度的主要表征，R,半径愈小，对SiO4间的Si-O键削弱能力愈强6. 不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，处于网络外的氧化物（网络修饰体），其单键强度为A. <250 kJ/molB. <225 kJ/molC. <205kJ/molD. <335 kJ/mol7. 被同价阳离子所饱和的粘土，其Z电位随阳离子半径的减少而A.降低B.不变C.升高D.改变符号8. 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后性能的变化规律以箭头表示（小®大）的是H+、Als+、Baz+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH3+、K+、Na+、Li+A.泥浆的流动性B.泥浆的触变性C.泥浆的滤水性D.泥团的可塑性9. 粘土颗粒周围吸附着定向排列的水分子层和水化阳离子，这部分水称为A.结构水B.牢固结合水C.松结合水D.自由水23B.四面体空隙10. 刚玉（a-Al2O3）结构中，所有O2-作近似六方密堆积，A13+填充2A. 四面体空隙22C.八面体空隙3D.八面体空隙四、计算与问答（共30分）1. （10分）MgO具有NaCl结构，根据02-半径为0.140 nm, Mg2+半径为0.072nm，原子量：Mg为24.3,。为16.0。1）计算球状离子所占据的空间分 数（即空间利用率）；2）计算MgO晶体的密度。2. （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？3. （15分）如图为ABC三元系统相图。1）说明化合物、和的性质；2）划分副三角形，判断各三元无变量点E、F、G、H、I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）写出组成为M熔体的析晶过程相平衡表达式，并计算液相组成点刚达 到结晶结束点时所存在的各相的百分含量（用线段表示）。答案四一、名词解释（本题30分，每小题3分）1. 结构水【解】以OH-离子形式占据存在于矿物结构中正常晶格结点位置的水，于较高温度（400600°C ）下才可脱去，脱去时矿物结构被破坏。（3分）2. 压电效应【解】某些材料在电场变化时，尺寸也随之变化，而尺寸变化也可形成电场的效应。（3分）13.弗仑克尔缺陷【解】正常格点上的质点进入晶格间隙位置，同时在原格点上留下空位时所形成的一种热缺陷。（3分）4. 硼反常现象【解】由于B，+配位数改变而引起玻璃性能曲线上出现转折的现象。（3分）5. 非均态核化【解】在异相界面进行的成核过程（异相界面：表面、容器壁、气泡、杂质及晶核剂表面等）。（3分）6. Tg转变温度【解】相当于10i2Pa s粘度时的温度，是消除玻璃中应力的上限温度，也是玻璃折射率、比热、热膨胀系数等发生突变的温度。（3分）7. 驰豫表面【解】垂直于表面方向的晶格常数不同于晶体内部的表面。（3分）8. 触变性【解】泥浆从稀释流动状态到稠化的凝聚状态之间的中间状态，即泥浆静止不动时似凝固体；一经扰动或摇动，凝固的泥浆又重新获得流动性；如再 静止又重新凝固的性质。（3分）9. 矿化剂【解】能促进或控制结晶化合物的形成或反应并有利于烧结和改善制品性能的少量添加物。（3分）10. 不一致熔融化合物【解】也称异成分熔融化合物或不稳定化合物，即化合物加热到一定温度后会分解成液相和另外一种固相，其组成与原来化合物组成不同。（3分）二、填空（本题20分，每小题2分）1.若将离子晶体中的质点视为球体，则等径球的最紧密堆积方式有面心立方和两种，这两种堆积方式中都存在空隙，它们的空间利用率都为74.05%。（2 分）22.在闪锌矿（立方ZnS）结构中，眼作 面心立方 密堆积，Zn2+填充的 四面体 空隙，Zn2+的配位数为，S2-的配位数为土，单位晶胞内含有一4个分子。（2分）3.硅酸盐晶体2MgO 2A1O 5SiO的结构式为一，属于 结构。（2分）2 32235 184.对某MO晶体的空位形成能为4ev,则该晶体在1600°C时的空位浓度为4.2X10-6 。（2分）5.2N10在A12O3中掺杂少量NiO生成黄宝石，经分析认为是形成置换型固溶体，则缺陷反应方程为>2N-i；1+2Of1+V">TuLII，固溶体分子式为A12rNixO3-x/2。（2分）6.将以下物质形成玻璃的难易程度排列一次序（由易至难用编号排列）（2）（1）（5）（3）（6）(4)(1)50%GeO2+50%SiO2熔体100-C/min 冷却(2)50%GeO2+50%SiO2气化到一个0C的薄板上(3)NaO 2SiO22熔体100C/min 冷却(4)ZnCl2熔体100C/min 冷却(5)Na2O A12O3 2SiO2熔体100C/min 冷却(6)NaO SiO22熔体100C/min 冷却 (2 分)7. 一种玻璃的摩尔组成为10mo1%Na2O20mo1%A12O370mo1%SiO2，则四个基本结构参数分别为Z：，R=，X=L，Y=2。（2分）8.真空中，A12O3瓷片的表面张力为0.90N/m，液态铁的表面张力为1.72 N/m,而A12O3一液态铁的界面张力为2.30 N/m，则接触角为144.5。液 态铁能否润湿A12O3瓷片？ 一 。（2分）9. PbZrO3和PbTiO3均属于 钙钛矿（CaTiO3）型结构，其中Zr4+离子半径为0.079nm，Ti4+离子半径为0.068nm，它们之间能形成完全置换 型固溶体，原因是一（2分）10.为了获得稳定致密的硅砖制品，希望硅砖中含有尽可能多的鳞有L,而F石英-越少越好。（2分）三、选择（每小题2分，共20分）1.某离子化合物的正、负离子半径在r+/ r一=0.573,则正离子的配位数为A. 3B. 4D. 82.下列硅酸盐矿物，属于链状结构的是A. 叶腊石 Al2Si4Oio（0H） 2B.镁橄榄石 Mg2SiO4C顽火辉石Mg Si O D.绿宝石Be Al Si O 22 6326 183. 下列四种说法哪个正确A. a方石英和b石英结构中均有一对称面B. a一鳞石英结构中SiOSi键角为150°C. a一石英结构中SiOSi键角为180°D. a一鳞石英结构中有对称面4. 硅酸盐物体中同时存在许多聚合程度不等负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量 增加，O/Si比值增大，这时熔体中A.高聚体数量增多B.高聚体数量减少C.高聚体数量多于低聚体数量D.高聚体数量少于低聚体数量5. 在简单的二元碱金属硅酸盐熔体R2OSiO2中，正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响，当R2O含量低即O/Si比值较小时，降低粘度的次序为Li+>Na+>K, 这是因为A. SiO4连接方式已接近岛状，四面体基本上靠RO键力相连B. 因心<匕，Li一。键力最强C. Li+的积聚作用最大，即吸引SiO4中-来包围自己的能力最强D. SiO4间的键力是粘度的主要表征，R+半径愈小，对SiO4间的SiO键削弱能力愈强。6. 不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，处于网络外的氧化物（网络修饰体），其单键强度为A. <250 kJ/molB. <225 kJ/molC. <205kJ/molD. <335 kJ/mol7. 被同价阳离子所饱和的粘土，其Z电位随阳离子半径的减少而A.降低B.不变C.升高D.改变符号8. 粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后性能的变化规律以箭头表示（小®大）的是H+、Als+、Baa+、Srz+、Caz+、Mgz+、NH3+> K+、Na+、Li+B.泥浆的触变性A泥浆的流动性C.泥浆的滤水性D.泥团的可塑性空间利用率:晶胞中Mg。分子所占体积3 单位晶胞体积V呻/a =0.0522/0.424=0.685=68.5%单苞届期原屋单怛髭胞转粗= 3.51 g/crfi2)2.（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】降低金属一玻璃界面能，促进玻璃熔体在金属表面的润湿，增加玻璃与金属的粘附力，提高封接强度。13.（15分）如图为ABC三元系统相图。1）说明化合物D1、D2和D3的性质；2）划分副三角形，判断各三元无变量点E、F、G、H、I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）写出组成为M熔体的析晶过程相平衡表达式，并计算液相组成点刚达 到结晶结束点时所存在的各相的百分含量（用线段表示）【解】1）为不一致熔融二元化合物，D2为一致熔融二元化合物D3为不一致熔融三元化合物（3分）”如图划二5E为低共熔点，LeA+D3+CF为低共熔点，LfA+D3+D1G为低共熔点，LgB+D3+D1H为单转熔点，Lh+D2D3+BI为单转熔点，、+CD2+D3（5分）3） DABC边上及各界线上的温降方向如图所示，其中EI和Se为转熔线，有：EI： Lei+CD3Se1： Le+AD1（2 分）4） M熔体的结晶路线如图所示，析晶过程相平衡表达式为：（3分）当液相组成点刚达到结晶结束点G时，有:1x100%JO液相量=竺滇.业刊JG固相1）事=固相B量=（2分）