2006结晶学与矿物学真题B(带答案)

中国地质大学（北京）2006年硕士研究生入学考试试题（B）试题名称：结晶学及矿物学试题代码424一、名词解释并举例（每题6分，共30分）1.矿物种与异种矿物种是指具有一定晶体结构和化学成分的矿物。

矿物异种亦称亚种或变种，是指同属一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。

如镜铁矿、云母赤铁矿。

2.聚形纹与聚片双晶纹聚形纹：由不同单形交替生长形成的，仅见于晶体表面，分布服从晶体的对称性。

如水晶的晶面条纹。

聚片双晶纹：双晶结合面的痕迹，晶体内外均可见，如斜长石的聚片双晶纹。

3.荧光与磷光不同的矿物，受外加能量的激发后发光所持续的时间各有不同，一般地，当停止激发后，矿物发光的持续时间在10-8s以上时，称发出的光为磷光；发光的持续时间小于10-8s，称发出的光为荧光。

4.面角守恒定律与整数定律面角守恒定律：同种物质的晶体，其对应晶面之间的夹角恒等。

整数定律：也称有理指数定律，其内容可表述为：晶体上任一晶面在结晶轴上的截距为轴单位的整数倍；而晶面指数为简单的（即绝对值很小的）整数。

5.标型特征与标型矿物矿物标型特征是指在不同地质时期和不同地质作用条件下，形成于不同地质体中的同一种矿物在各种属性上所表现的差异，这些差异能够作为判断其形成条件的标志。

标型矿物，也称矿物标型种属，是指在特定的自然环境中形成的矿物种，它的出现，能够作为判定某一特定形成条件的标志。

二、填空题（每空1分，共26分）1.最常见的紧密堆积方式是立方最紧密堆积和六方最紧密堆积。

2.常见的特殊光泽有蜡状光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、土状光泽。

3.石棉包括蛇纹石石棉和角闪石石棉两类。

4.下列矿物中可综合利用的类质同象元素：辉钼矿中有Re ；锆石中有U 、TR ；微斜长石中有 Rb 、Cs ；闪锌矿中有Cd 、In 、Ge 、Ga 、Tl 、Se 。

5.主要的铁矿石矿物有赤铁矿；褐铁矿；磁铁矿；菱铁矿。

6.主要的铜矿石矿物有辉铜矿；黄铜矿；赤铜矿。

7.在风化蚀变条件下，角闪石易变成绿泥石；橄榄石易变成蛇纹石；长石易变成高岭石。

8.砂矿中常见的氧化物矿物有金红石，锡石，石英，尖晶石，磁铁矿，铬铁矿。

三、简答题（每题10分，共40分）1.类质同象的概念及其条件。

晶体形成时，其结构中本应全部由某种原子或离子占有的等效位置部分地被它种类类似的质点所代替，晶格常数发生不大的变化而结构型式不变的现象称为类质同象。

影响类质同象的条件：1） 原子和离子半径相互取代的原子或离子的半径越接近，相互取代越易发生。

如Fe 2+、Mg 2+。

2） 离子电价类质同象混晶不应出现剩余电荷，因此总电价平衡是类质同象的基本前提。

3） 离子类型和化学键原子或离子外层电子构型及所形成的化学键越接近，相应的类质同象越易实现。

如Ca 2+，Hg 2+。

4） 晶格如果晶体的晶格中存在巨大空隙，则大半径阳离子可以充填其中。

5） 能量系数一个离子从自由态结合到晶格中时所释放的能量称为该离子的能量系数（EK ）。

在其他条件相似的情况下，由EK 大的离子代替EK 小的离子有利于降低晶体的内能而使之更趋稳定，这样的代换易于发生，反之则不易发生。

6） 温度温度是影响类质同象的最主要外因，高温时类质同象易于发生，而低温时类质同象的范围将受到限制。

7） 压力一般而言，高压下类质同象不易发生。

8） 组分浓度 稀土元素（REE 或TR ） Rare Earth Element意义 1）矿物晶体成分变化的主要原因 2）了解稀有元素的赋存状态3）反映矿物的形成条件晶体的化学组成是具有一定量比关系的，当它结晶时介质中各组分若不能与它应有的量比相适应，即若某种组分不足时，将有与之类似的组分加入晶格予以补偿。

2.矿物的晶体化学分类矿物的晶体化学分类体系包括大类、类、族、种4个基本层次，依据各类别中矿物种的多少和晶体化学变化情况，还常分出亚类、亚族、亚种及变种或异种等亚层次。

级序划分依据举例大类单质和化合物类型含氧盐矿物类阴离子或络阴离子种类硅酸盐矿物亚类强键分布和络阴离子结构岛状硅酸盐矿物族晶体结构型和阳离子性质辉石（亚族）阳离子种类和结构对称性单斜辉石种一定的晶体结构和化学成分普通辉石亚种完全类质同象系列中的端员组分比例(变种或异种) 形态、物性、成分微小差异钛辉石3.矿物相变的概念及相变的类型。

矿物相变是指当环境条件改变时，原有矿物的质点发生重新排列、组合或晶格畸变，形成稳定的新相的过程。

相变的类型包括同质多象转变、非晶化与晶化。

1）同质多象转变在矿物所处体系只与环境有足够的能量交换而无物质交换时，矿物的晶体结构将发生变化而化学成分保持不变，即发生同质多象转变。

如火山岩中的高温β-石英经过一段时间会变成低温稳定的变体α-石英。

2）非晶化与晶化含放射性元素铀或钍的矿物由于受到放射性蜕变能量的影响，结构由晶质向非晶质转变（如含放射性元素的锆石Zr[SiO4]变为非晶质的水锆石），这种作用称为非晶化作用或蜕晶作用。

与此相反，一些非晶质准矿物在漫长的地质历史中，会逐渐变为结晶质，这种作用称为晶化或脱玻化。

如蛋白石逐渐变为玉髓和石英，火山玻璃脱玻化为长石、石英。

4.晶体的基本性质1）自限性：晶体的自限性是指晶体在合适条件下生长时总能自发地形成具有一定凸几何多面体的性质。

晶体的几何多面体形态，是晶体内部格子构造的外部表现。

晶体外形上的晶面、晶棱与角顶，实际上对应着格子构造中的面网、行列及结点。

2）均一性：晶体的均一性是指同一晶体的任何部位其性质是完全相同的，各部分完全相等。

(非晶体的均一性是统计的、平均近似的均一)3）异向性：晶体的异向性指晶体的性质因观察方向的不同而表现出差异的特性。

(如解理、硬度在不同方向的差异)4）对称性：晶体的对称性是指晶体中的相同部分或性质在不同的方向或位置上有规律地重复出现的特性。

5）最小内能性：晶体的最小内能性是指，在相同的热力学条件下，较之于同种化学成分的气体、液体及非晶体而言，晶体的内能最小。

6）稳定性：晶体的稳定性是指，对于化学组成相同但处于不同物态下的物质而言，以晶体最为稳定。

例如，非晶体可以自发转化为晶体释放出能量，而晶体不可能自发转化为其他物态。

四、论述题（每题13分，共54分）1.判读晶体化学式Na Ca 2 (Mg,Fe)4,(Al,Fe3+)[(Si,Al)4O 11]2(OH)2(矿物名称，阴离子团特点，阳离子占位特点，画出示意图)普通角闪石，双链状结构硅酸盐矿物，以4个[SiO4]四面体为重复单位，部分Si由Al 取代记为络阴离子[（Si，Al）4O11]7-，OH-以结构水的形式参加矿物晶格。

链与链之间存在的空隙，由A、B、C类阳离子充填。

其中Mg2+，Fe2+呈类质同象替代，Fe3+，Al3+也呈类质同象替代角闪石通式A0~1X2Y5[T4O11]2(OH,F,Cl)2，硅氧骨干为二重双链。

阴离子团为[T4O11] 7-。

在a-b轴方向上活性氧与活性氧相对处形成3种较小的八面体空隙（分别记为M1，M2，M3），由Y类小阳离子Mg2+和Fe2+等充填形成配位八面体，并共棱相联成沿c轴延伸的链带；惰性氧与惰性氧相对处的空隙为M4位，由X类阳离子占据，当X为Mg2+和Fe2+等小阳离子时，形成畸变八面体，整体结构为斜方对称；当X为Ca2+和Na2+等大阳离子时，为8次配位的畸变立方体，整体结构为单斜对称。

对称取决于M4位：小阳离子（Fe2+,Mg2+），斜方晶系大阳离子（Na+,Ca2+），单斜晶系2.叙述下列各组矿物的肉眼鉴定特征及晶体化学式。

A.电气石，绿柱石，磷灰石；B.石英，方解石，萤石。

A．电气石：Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18][BO3]3[OH,F]4三方晶系。

玻璃光泽，半透明至透明硬度7~7.5，无解理，断口松脂光泽，柱状，柱面有纵纹，横断面呈球面三角形。

D3.03~3.25。

绿柱石：Be3Al2[Si6O18] 六方晶系。

长柱状，柱面常有纵纹，玻璃光泽，硬度7.5~8，解理不发育，比重2.6-2.9磷灰石：Ca5[PO4]3(OH,F,Cl) 六方晶系，六方柱或板状，硬度5，以形态、硬度和解理与天河石相区别。

解理{0001}不完全，加热可出现磷光。

D3.18~3.21。

B.石英：SiO2自形晶常见，多呈六方柱和菱面体，柱面上常具横纹。

显晶集合体呈梳状、粒状、致密块状或晶簇状。

隐晶集合体呈肾状、钟乳状等。

无解理，贝壳状断口，硬度7方解石：Ca[CO3] 三方晶系，菱面体解理{1011}完全，硬度3，遇冷稀盐酸剧烈起泡，聚片双晶纹可平行于菱面体解理的棱（白云石的双晶纹只平行菱形解理面的对角线）萤石：CaF2颜色多样，有无色、白色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫黑色及黑色。

玻璃光泽，解理{111}完全，等轴晶系，立方体、八面体，集合体呈粒状或块状，H4，D3.2。

荧光性。

3.举例说明不同晶体结构类型与矿物形态和物性的关系。

1）具金属键的矿物一般呈金属色、金属光泽或半金属光泽、不透明。

良导体高延展性；硬度低。

高密度。

如自然金。

2）具共价键的矿物一般呈无色及彩色、高硬度、高熔点，不导电，金刚光泽或玻璃光泽、透明。

如石英。

3）具离子键或分子键的矿物，无色或淡色，玻璃光泽、透明。

不导电。

如石盐。

离子晶格的特点：离子晶格中，电子皆属于一定的离子，质点间电子密度小，对光的吸收少，因此，其晶体透明、半透明。

不导电但熔化后导电。

由于离子键的作用力比较强，所以晶体硬度较大。

原子晶格的特点：共价键的键强较大，所以原子晶格的晶体机械强度高、熔点高、不导电、透明至半透明，玻璃—金刚光泽。

如金刚石。

金属晶格的特点：由于金属晶格具自由电子，是电的良导体，不透明，高反射率，金属光泽。

具高密度，硬度一般较低。

如自然金。

分子晶格的特点：分子键的作用力很弱，所以分子晶格的晶体一般熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率小，硬度低，透明，不导电。

如自然硫。

氢键型晶格的特点：氢键的作用力虽不强，但对物质的性质产生明显的影响，分子间形成氢键会使物质的熔点、沸点增高；分子内形成氢键则会使物质的熔点、沸点降低。

但一般来说氢键晶格的晶体具有配位数低、熔点低、密度小的特征。

氢键主要存在于一些氢氧化物、层状结构硅酸盐等矿物中。

如硬水铝石、针铁矿、高岭石。