材料化学_第二章_课后答案_李奇_陈光巨_编写

第二章1、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化镍晶体中就存在这样的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍然呈电中性，但化合物中Ni和O的原子个数比发生了变化。试计算样品组成为Ni0.97O时该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。解：设晶体中Ni3+的离子数为a，Ni2+的离子数为b。根据题意：答：该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比为6：91。2、已知氧化铁Fex0(富士体)为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，x＜1。今有一批氧化铁，测得其密度为5.7g/cm3，用MoKα射线（λ=71.07pm）测得其面心立方晶胞衍射指标为200的衍射角θ=9.56°（sinθ=0.1661,Fe的相对原子质量为55.85）。（a）计算Fex0的面心立方晶胞参数。（b）求x值。（c）计算Fe2+和Fe3+各占总铁质量的质量分数。（d）写出表明铁的价态的化学式。解：（a）（c）设0.92mol铁中Fe2+的摩尔数为y，则Fe3+的摩尔数为（0.92-y），根据正负离子电荷平衡原则可得：即Fe2+和Fe3+的摩尔数分别为0.76和0.16，他们在总铁中的摩尔百分数分别为：（d）富士体氧化铁的化学式为。3、NiO晶体为NaCl型结构，将它在氧气中加热，部分Ni2+将氧化为Ni3+，成为NixO(x＜1)。今有一批NixO，测得其密度为6.47，用波长λ=154pm的X射线通过粉末法测得立方晶胞111衍射指标的θ=18.71°（sinθ=0.3208）。（Ni的相对原子质量为58.70）1molg−⋅（a）计算NixO的立方晶胞参数；（b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。（c）在NixO晶体中，O2-堆积方式怎样？Ni在此堆积中占据哪种空隙？占有率（即占有分数）是多少？（d）在NixO晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？解：（a）NixO的立方晶胞参数为：（b）因为NixO晶体为NaCl型结构，可得摩尔质量M：而NixO的摩尔质量又可以表示为：由此解得：x=0.92。设0.92mol镍中有ymolNi2+，则有（0.92-y）molNi3+。根据正负离子电荷平衡原则，有：2y+3(0.92-y)=2y=0.760.92-0.76=0.16所以该氧化镍晶体的化学式为：(c)晶体既为NaCl型结构，则O2-2-的堆积方式与NaCl中的Cl-的堆积方式相同，即为立方最密堆积。镍离子占据由O2-围成的八面体空隙。而镍离子的占有率有92%。（d）镍离子分布在立方晶胞的体心和棱心上，Ni-Ni间最短距离即体心上和任一棱心上2个镍离子间的距离，它等于：Ni-Ni间最短距离也等于处在交于同一顶点的2条棱中心上的2个镍离子间的距离，即：4、试述玻璃的结构特征及其通性。参考：玻璃的内部结构无长程周期性。一般公认的玻璃态SiO2的结构是由1932年Zachariasen提出的无规则网络学说，并在1936年被Wanen以X射线衍射工作所支持。该理论认为玻璃的结构中包含许多小的结构单位（如由中心的硅和四角的4个氧通过共价键结合而成的SiO44-四面体），这些小结构单位彼此之间可以键合成链状，或由其它金属离子沿顶角键合，连结成很不规则的三维网络。此结构缺少对称性或长程有序性，为保持电中性，每个角顶氧原子仅在两个四面体之间公用，因而该结构是颇为开敞的。玻璃的特性主要表现在：①没有固定的熔点②各向同性③内能高④没有晶界⑤无固定形态⑥性能可设计性6、试述晶子学说与无规则网络学说的主要观点，并比较两种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧。参考：晶子学说：认为玻璃由无数“晶子”组成，带有点阵变形的有序排列区域，分散在无定形介质中，晶子区到无定形区无明显界限。在这些模型中，人们假定其中存在着极小的有序区或微晶体，他们被无序区连接到一起。无规则网络学说：该理论认为玻璃的结构中包含许多小的结构单位（如由中心的硅和四角的4个氧通过共价键结合而成的SiO44-四面体），这些小结构单位彼此之间可以键合成链状，或由其它金属离子沿顶角键合，连结成很不规则的三维网络。此结构缺少对称性或长程有序性，为保持电中性，每个角顶氧原子仅在两个四面体之间公用，因而该结构是颇为开敞的。详见课本2.5.2。7、钾玻璃中K2CO3质量分数为18.4%，CaCO3质量分数为11.0%、SiO2质量分数为70.6%。计算三种氧化物的物质的量之比。若需制造5.1t钾玻璃，需用碳酸钾、石灰石和二氧化硅各多少t？解：设钾玻璃的质量为100g，则K2CO3质量为18.4g，为18.4/138mol；CaCO3质量为11g，为11/100mol；SiO2质量为70.6g，为70.6/60mol。物质的量之比为1：0.825：8.825所以三种氧化物之比为1：0.825：8.825。若制造5.1t钾玻璃则需用K2CO35.1×0.184=0.94tCaCO35.1×0.11=0.561tSiO25.1×0.706=3.6t8、什么是陶瓷，陶瓷有哪些特性？参考：陶瓷是指通过烧结包含有玻璃相和结晶相的特征的无机材料，一般由陶土或瓷土等硅酸盐，经过成型烧结，部分熔融成玻璃态，通过玻璃态物质将微小的石英和其它氧化物晶体包裹结合而成。陶瓷包括了陶器和瓷器，陶器是多孔透气的、强度较低的产品，此其时加了釉层、质地致密而不透气的、强度较高的产品。陶瓷具有以下性能特征：（1）力学性能：耐磨性、高强度难变形性、超高硬度等；（2）热血性能：耐热性、隔热性、导热性等；（3）光学性能：透光性、偏光透光性等；（4）电学和瓷学性能：绝缘性、导电性、离子导电性、压电性、介电性、磁性等；（5）生物和化学性能：生物体相容性、耐化学腐蚀性等。9、液晶结构中的哪些特点使其得以广泛应用？参考：见教材2.4