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1、测试九问答与计算1. （5分）Si和Al的原子量非常接近（分别为28.09和26.98）,但SiO2及AI2O3的密度相差很大（分 别为2.65 g/cm3及3.96 g/cm3）试运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。2. （15分）石墨、云母和高岭石具有相似的结构，请分析它们结构的区别以及由此引起的性质上的差异。3. （1）（5分）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6 ev,分别计算25 C和1600时热缺陷的 浓度。（2）（5分）如果MgO晶体中，含有百万分之一的AI2O3杂质，则在1600 C时，MgO晶体中是 热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？请说明原因。4. （15分）非化学计量缺陷
2、的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化 学计量化合物的密度将发生怎样的变化？为什么？5.（10分）在组成为16Na2O.xB2O3.（84-x）SiO2的熔体中，当x 15mol%时，增加B2O3的含量，反而会使粘度降低，为什么？6. （10分）用Na2CO3和Na2SiO3分别稀释同一粘土泥浆，试比较电解质加入量相同时，两种泥浆的流 动性、触变性和坯体致密度的大小。7.2 叫AH. +A/ Q =加 v0 e科（）exp（10分）试说明RT中各项所代表的意义，并解释同样是间隙扩散机构，为什么在相同的温度下，杂质在介质中的扩散系数比介质本身形成间隙离子的 扩散系数大
3、?8. （10分）扩散系数与哪些因素有关？为什么？为什么可以认为浓度梯度大小基本上不影响D值，但 浓度梯度大则扩散得快又如何解释？9. （1）（8分）当测量氧化铝一水化物的分解速率时，一个学生发现在等温实验期间，重量损失随时间 线性增加到50%左右。超出50%时重量损失的速率就小于线性规律。线性等温速率随温度指数地增加， 温度从451C增加到493C时速率增大10倍，试计算反应活化能。（2）（7分）何谓矿化剂？在固相反 应中加入少量矿化剂可促进反应加速进行，解释其原因。10. （10分）为什么在成核生长机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变？什么情况下需要过冷, 什么情况下需要过热？11.
4、 （10分）当球形晶核在液态中形成时，整个自由焓的变化G = 4nr2Y+4/3nMGv，式中r为球形晶 核的半径，Y为液态中晶核的表面能，AGv为液相中单位体积晶核形成的体积自由焓变。求证晶核的临界 半径rc和成核势垒AGc。如在液态中形成边长为a的立方体晶核时，求晶核的临界立方体边长ac和成核势 垒 AGc。12. （10分）在1500 CMgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1小时内从1 pm直径长大到10 pm。 如已知晶界扩散能为60 kcal/mol，试推测在1600 C下4小时后晶粒的大小，并解释为什么在烧结粉末 体中加入少量添加物可促进烧结？13如图所示为A-B-C三元系统相图，
5、在 ABC内有D2、D3、D4四个化合物。（1）（2分）说明四个化合物的性质；（2）（8分）划分副三角形，分析E、F、G、H、I、J、K点的性质，并写出相平衡方程式；（3）（2分）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；（3）（5分）分析点配料组成为M的熔体从高温冷却至低温的平衡析晶过程，写出相平衡表达式；（4）（3分）计算M熔体在冷却析晶过程中，其液相组成刚达到结晶结束点时，平衡共存各相的百分含 量。ei答案九1. （5分）Si和Al的原子量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO2及AI2O3的密度相差很大（分 别为2.65 g/cm3及3.96 g/cm3
6、）试运用晶体结构及鲍林规则说明这一差别。丄解：在AI2O3中，AI3+的择优配位数为6,键强度为2 ,要求四个铝原子与每个02-直接相邻；而02-采 取近似六方密堆积排列，铝原子充填于三分之二的八面体空隙中，使AI2O3晶体结构紧密，孔隙率低。在 SiO2晶体中，Si4+属于高价低配位性质的正离子，为求稳定，则整个结构以硅氧四面体SiO4卩页角相联成骨 架结构，结构疏松，空隙率大。从而可知，SiO2的单位晶胞体积比ai2o3大得多。在两者原子量接近的情 况下，SiO2晶体的密度就会显得小得多。2. （15分）石墨、云母和高岭石具有相似的结构，请分析它们结构的区别以及由此引起的性质上的差异。解：
7、石墨、云母和高岭石均具有层状结构，但层的形状及层间情况各不相同。石墨的每层基面上的碳原 子有强的定向共价键结合在一起形成六角形排列，层与层之间由微弱的范德华力键合，使石墨结构具有很 强的方向性，表现出垂直于层方向的线膨胀系数比层平面方向大27倍。云母具有复网层状（2 : 1层状）结构，其硅氧片中有四分之一的Si4+被AI3+取代，表现出荷电性，于是 在两复网层的六节环间隙中，存在着配位数为12的K+。K+呈统计分布，与硅氧层的结合能力较弱，所以 云母在层面上易发生解理，可被剥成片状。高岭石的结构是单网层状（1：1层状），层与层以氢键相联成一整体。由于层间的结合力弱（比分子间 力强），使它容易理
8、解为片状小晶体，但OH-O之间仍有一定的吸引力，单网层间不易进入水分子，故不 因水含量增加而发生膨胀。3.（1）（5分）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6 ev，分别计算25 C和1600C时热缺陷的浓 度。（2）（5分）如果MgO晶体中，含有百万分之一的AI2O3杂质，则在1600 C时，MgO晶体中是热 缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？请说明原因。解：（1）根据热缺陷浓度公式9.612XW199.612 xlO-10（2）在MgO中加入AI2O3的杂质缺陷反应为:(1)当 T=25C=298K 及 T=1600C = 1873K 时,解：TiO2-x、ZrO2-x氧离子空位型：有Fe1_
9、xO、Cu2-x则PO畀:由（1）式可知：AI2O3 = V”Mg-当加入10-6 AI2O3时，杂质缺陷的浓度为V”Mg杂=AI2O3=10-6而在1600C下的热缺陷】V”Mg热=8x10-9显然：VW杂 “為热即：杂质缺陷占优势。4.（15分）非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物的密度将发生怎样的变化？为什么？+ 云 （呂）O 理 + Oq +或_则PO2t：J,密度JZn oc PZn1+x和Cd1+xO阳离子填隙型：有L *q oc pi Io； IUO2+x氧离子填隙型：有纯，则PO2f：打，密度f0；+ 2h5.(10分)在
10、组成为16Na2O.xB2O3.(84-x)SiO2的熔体中，当x 15mol%时，增加B2O3的含量，反而会使粘度降低，为什么？夕-数141+甜濟 陪4魏0|解：当 x=0 时，组成为 16Na2O. 84SiO2 / R=2.19.x=2 RZ=2x2.194=0.38 (平均非桥氧数)结构中的每个SiO4冲有0.38个非桥氧，存在部分断网。(1) 当x1游离氧充足引入的B3+处于BO4中，加入到SiO4中，网络起连网作用，聚合程度增加，粘度增加。NaO(2) x=15mol%时(.考虑到Na2O的挥发，一般为=1)结构最紧密，粘度最大。Na20(3) x15mol%时， CaSiO3 (
11、b)式反应更完全，能形成更多的Na粘土，Z电位f粘度J流动性f(3) SiO32-为硅酸盐聚合阴离子，带负电，其表面几何形状与粘土颗粒边界相适应，则易被吸附在粘土 颗粒边面上(或吸附在版面上)。当粘土边面带正电荷时，它能有效地中和边面正电荷；当粘土边面不带 电荷时，它能被吸附在边面上使之带上负电荷。由于这种聚合阴离子的作用，导致原来粘土颗粒间边一面、 边一边结合转变为面一面排列，原来面一面排列的颗粒间斥力进一步增加，则泥浆充分被稀释，粘閲，流 动性f。Q =朋v0 ep(茸D 晶界(10-10 CM2/S) D 内部(10一14 CM2/S)（5）杂质（第三组元）：第三组元与扩散介质形成化合物
12、对扩散离子产生附加键力，则D减小。第三组元不与扩散介质形成化合物使扩散介质晶格产生畸变，则D增大。由于:二吨D为比例系数，与舐无关（6）粘度：小 Df； nf： DJ可以认为浓度梯度大小基本上不影响D值。但舐f：，扩散得快9. （1）（8分）当测量氧化铝一水化物的分解速率时，一个学生发现在等温实验期间，重量损失随时间 线性增加到50%左右。超出50%时重量损失的速率就小于线性规律。线性等温速率随温度指数地增加， 温度从451 C增加到493C时速率增大10倍，试计算反应活化能。（2）（7分）何谓矿化剂？在固相反 应中加入少量矿化剂可促进反应加速进行，解释其原因。由题意可知：当T从451 C增加至493C时,故:exp2(493-451)8.314x766x724=10得:活化能15泅
