习题和思考题 -

《无机材料科学基础》

习题和思考题

第一章 晶体

1.球体按立方最紧密堆积方式堆积,取出立方晶胞,画出立方晶胞中的四面体空隙和八面体空隙的位置分布图。

2.用鲍林规则分析氧化镁晶体结构。已知镁离子半径为0.65?,氧离子半径为1.40?。

(1) 确定晶胞中质点的位置坐标; (2) 计算每个晶胞中含氧化镁“分子”数,

(3) 已知晶胞常数a=4.20 ?,求氧化镁堆积系数和密度, (4) 氧化镁晶体中最邻近的两个镁离子中心距为多少?次邻近的两个镁离子中心距为多少?最邻近和次邻近的两个氧离子中心距为多少?

(5) 画出氧化镁晶胞的(111)、(110)、(100)面的质点分布图并在图上标出氧离子的密排方向,求个面的面密度。

3.已知纤锌矿结构中存在两套硫离子和两套锌离子的六方底心格子,并已知锌离子填充在硫离子最紧密堆积体的四面体空隙中,现以一套硫离子的等同点为基准取六方晶胞,画出晶胞中的质点分布图,计算晶胞中所含式量分子数。

4.完成下表

氧离子氧化物 结 构晶 胞 堆积方名称 类 型 形 状 式 正离子填隙情况 正离子配位多面体形状 多面体最多共用顶点数 结构中氧的配位数 Li2O Na2O K2O MgO CaO SrO BaO 闪锌 矿型 BeO 纤锌 矿型 刚玉Al2O3 ZrO2 CeO2 ThO2 UO2 金红TiO2 石型 萤石 型 型 5. 六方最紧密堆积与四方最紧密堆积的堆积密度相同,为什么许多氧化物是以氧离子的立方最紧密堆积为基础,而较少以六方最紧密堆积为基础?

6. 用鲍林规则分析镁橄榄石的结构: P48 图2-18

(1) 标记为50的Mg2+与哪几个氧离子配位形成[MgO6]八面体?写出O2+ 的标高;

(2) 标记为25的两个O2+与哪几个镁离子配位?写出Mg2+离子的标高;

(3) 标记为75的O2+ 离子与哪几个镁离子配位?写出Mg2+离子的标高;

(4) 标记为0和50的两个Mg2+ 的[MgO6] 八面体共用几个顶点?写出O2+ 的标高;

(5) [SiO4] 和 [MgO6] 之间、[MgO6]和[MgO6] 八面体之间有那些连接方式?

(6) 镁橄榄石的晶胞是什么形状?计算晶胞中含有的式量分子数。

第二章 晶体缺陷

1.氧化镁为氯化钠型结构,氧化锂为反萤石型结构,在两种结构中氧离子都作立方最紧密堆积,为什么在氧化镁中主要的热缺陷是肖特基型,而在氧化锂中却是弗伦克尔型?萤石型结构的氧化物晶体中常见的热缺陷估计主要是什么类型?为什么?

2.已知氯化钠晶体中肖特基缺陷形成焓为2.2ev,而氧化镁晶体中肖特基缺陷形成焓为6ev,试分别计算400℃时氯化纳晶体与氧化镁晶体中肖特基缺陷的浓度。

3.在氧化镁晶体中肖特基缺陷形成焓为6ev,如果该晶体中含有百万分之一摩尔分数浓度的氧化铝,问1600℃时氧化镁晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?

4.富氏体具有氯化钠型结构,是由低价铁与高价铁的氧化物形成的固溶体。当富氏体中铁含量为76.08(wt)%、氧含量为23.92(wt)%时,测得密度值为5.63g/cm3,又由x射线分析测得其晶胞常数ao为4.282?,问富氏体是间隙型固溶体还是缺位型固溶体?

5.非化学计量化合物Zn1+XO与UO2+X的密度随氧分压如何变化?为什么?

6.推测氟化镁和氧化钾溶入氧化镁晶格中可能形成什么类型固溶体?分别写出其固溶体形成的缺陷反应式。若在氧化镁晶格中同时固溶氟化镁和氧化钾,已知氟化镁的摩尔分数浓度为0.12,氧化钾的摩尔分数浓度为0.15,写出固溶体的化学式。

7.为什么热缺陷在热力学上是稳定的?位错在热力学上是否稳定?位错会不会自发产生?为什么?

8.将TiO2固溶到MgO中,按最可能的形成类型写出固溶体形成的缺陷

反应式,说明理由。设固溶体中TiO2的摩尔分数浓度为0.08,写出固溶体的化学式。

9.将MgO固溶到Al2O3中,按最可能方式写出下列固溶体形成的缺陷反应式,说明理由。设固溶体中Al2O3的摩尔分数浓度为0.06,写出固溶体的化学式。

10..CaO固溶于Na2O中(已知Ca原子的原子量为40.08,Ca2+离子的半径为0.99?)

(1) 写出所有可能类型的固溶体形成过程缺陷反应式;

(2) 设CaO在固溶体中的摩尔分数浓度为0.15,写出所有可能类

型固溶体的化学式;

(3) 设固溶前后晶胞体积不变,按形成缺位型固溶体求固溶体的密

度。

11.Y2O3固溶于ZrO2中(已知Y原子的原子量为88.91,Y3+离子的半径为0.92?)

(1) 写出所有可能类型的固溶体形成过程缺陷反应式;

(2)设Y2O3在固溶体中的摩尔分数浓度为0.06,写出所有可能类型固溶体的化学式;

(2) 设固溶前后晶胞体积不变,按形成缺位型固溶体求固溶体的密度。

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