第7章 固相反应(1)无机材料科学基础
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2．试比较杨德方程、金斯特林格的优缺点及适用条件。 3. 如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、 Mg（OH）2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提 高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。
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曲线2下降，催化 产物层加强、致密，使表面活性降低，
Ⅲ 第一脱活期 400～500℃ 特性降低，曲线8 产物层仅限于分子表面膜范围，未构
未出现
ห้องสมุดไป่ตู้成晶核
Ⅳ
二次活化期
500～620℃
曲线2↑，曲线8开 扩散结果使表面层疏松和活化，表面
始出现
活性增加，晶核开始形成
Ⅴ
晶体形成期
620～750℃
曲线8上升， 曲线2下降
阶段
名称
温度
现象
原因
Ⅰ 隐蔽期
<300℃
曲线1下降，吸附
反应物相互接触，低熔点反应物因流 动性大，包围了另一种反应物，故称
色剂能力下降。
隐蔽期，结果使表面积降低。
Ⅱ
第一活化期
300～400℃
曲线2↑，催化特 性增强，曲线8未 出现
出现反应产物，但产物晶格缺陷严重， 表现极大活性，故催化特性增强，但 仅是局部分子表面膜，未构成产物晶 核，故曲线8未出现
= 新相形成温度 - 反应开始温度 ZnO＋Fe2O3反应系统：300℃ NiO＋Al2O3反应系统：250℃。 3. 当反应有气相或液相参与时，反应将不局限于物 料直接接触界面，而可能沿整个反应物颗粒自由 表面同时进行，固体与气体、液体之间的吸附和 润湿作用将会对固相反应产生重要影响。
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u 固相反应发生在两相界面：
相界面上化学反应 ＋反应物通过产物层的扩散
u 固相反应的速度较慢； u 固相反应一般在高温下才能显著发生； u 浓度因素在固相反应中相对不很重要；
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反应物开始呈现显著扩散作 用的温度，通常是固相反应开始温度；
多晶转变温度也是固相反 应开始明显进行时的温度。
—— 固体直接参与反应并 起化学变化，同时至少在固体内部或外部 的一个过程中起控制作用的反应。
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一 、固相反应特点 二、相界面上化学反应机理 三、反应物通过产物层的扩散 四、不同固相反应类型和机理
1. 相界面的化学反应都包括以下三个过程：
①
（
）；
②
（
）；
③
（
）。
2. 化学反应在新相（晶化）形成之前便已开始，即
。
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MgO+Al2O3→MgAl2O4 S1面上：2Al3++4MgO＝MgAl2O4+3Mg2+ S2面上：3Mg2++4Al2O3＝3MgAl2O4+2Al3+ 总效应：MgO+Al2O3＝MgAl2O4
晶化，尖晶石量增加，产物层大大 加强，表面活性减弱
产物晶格 Ⅵ
校准期
750℃以上
曲线8上升， 曲线2下降
产物晶格缺陷得到校正
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固相反应 泰曼温度 矿化剂 海德华效应 化学动力学范围 扩散动力学范围 过渡范围 反应半衰期
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1．MgO与SiO2固相反应生成Mg2SiO4。反应时什么离子 是扩散离子？请写出界面反应方程。
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锌铁尖晶石合成： ZnO + Fe2O3 → ZnFe2O4
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快速扩散通道：表面、晶界、 晶体裂缝、位错、 内部晶格
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1.
（s-s反应）
A(s)+B(s)→C(s) 例如：ZnO+Fe2O3→ZnFeO4
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2．试比较杨德方程、金斯特林格的优缺点及适用条件。 3. 如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、 Mg（OH）2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提 高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。
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曲线2下降，催化 产物层加强、致密，使表面活性降低，
Ⅲ 第一脱活期 400～500℃ 特性降低，曲线8 产物层仅限于分子表面膜范围，未构
未出现
ห้องสมุดไป่ตู้成晶核
Ⅳ
二次活化期
500～620℃
曲线2↑，曲线8开 扩散结果使表面层疏松和活化，表面
始出现
活性增加，晶核开始形成
Ⅴ
晶体形成期
620～750℃
曲线8上升， 曲线2下降
阶段
名称
温度
现象
原因
Ⅰ 隐蔽期
<300℃
曲线1下降，吸附
反应物相互接触，低熔点反应物因流 动性大，包围了另一种反应物，故称
色剂能力下降。
隐蔽期，结果使表面积降低。
Ⅱ
第一活化期
300～400℃
曲线2↑，催化特 性增强，曲线8未 出现
出现反应产物，但产物晶格缺陷严重， 表现极大活性，故催化特性增强，但 仅是局部分子表面膜，未构成产物晶 核，故曲线8未出现
= 新相形成温度 - 反应开始温度 ZnO＋Fe2O3反应系统：300℃ NiO＋Al2O3反应系统：250℃。 3. 当反应有气相或液相参与时，反应将不局限于物 料直接接触界面，而可能沿整个反应物颗粒自由 表面同时进行，固体与气体、液体之间的吸附和 润湿作用将会对固相反应产生重要影响。
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u 固相反应发生在两相界面：
相界面上化学反应 ＋反应物通过产物层的扩散
u 固相反应的速度较慢； u 固相反应一般在高温下才能显著发生； u 浓度因素在固相反应中相对不很重要；
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反应物开始呈现显著扩散作 用的温度，通常是固相反应开始温度；
多晶转变温度也是固相反 应开始明显进行时的温度。
—— 固体直接参与反应并 起化学变化，同时至少在固体内部或外部 的一个过程中起控制作用的反应。
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一 、固相反应特点 二、相界面上化学反应机理 三、反应物通过产物层的扩散 四、不同固相反应类型和机理
1. 相界面的化学反应都包括以下三个过程：
①
（
）；
②
（
）；
③
（
）。
2. 化学反应在新相（晶化）形成之前便已开始，即
。
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MgO+Al2O3→MgAl2O4 S1面上：2Al3++4MgO＝MgAl2O4+3Mg2+ S2面上：3Mg2++4Al2O3＝3MgAl2O4+2Al3+ 总效应：MgO+Al2O3＝MgAl2O4
晶化，尖晶石量增加，产物层大大 加强，表面活性减弱
产物晶格 Ⅵ
校准期
750℃以上
曲线8上升， 曲线2下降
产物晶格缺陷得到校正
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固相反应 泰曼温度 矿化剂 海德华效应 化学动力学范围 扩散动力学范围 过渡范围 反应半衰期
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1．MgO与SiO2固相反应生成Mg2SiO4。反应时什么离子 是扩散离子？请写出界面反应方程。
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锌铁尖晶石合成： ZnO + Fe2O3 → ZnFe2O4
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快速扩散通道：表面、晶界、 晶体裂缝、位错、 内部晶格
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1.
（s-s反应）
A(s)+B(s)→C(s) 例如：ZnO+Fe2O3→ZnFeO4