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Ni 2+空缺，另有两个Ni 2+被两个Ni 3+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Ni

0.97O 时该晶体中Ni 3+与Ni 2+

的离子数之比。

解：设晶体中Ni 3+的离子数为a ，Ni 2+的离子数为b 。根据题意：

答：该晶体中Ni 3+与Ni 2+

的离子数之比为6：91。

2、已知氧化铁Fe x 0(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/cm 3，用MoK α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°（sin θ=0.1661,Fe 的相对原子质量为55.85）。

（a ）计算Fe x 0的面心立方晶胞参数。

（b ）求x 值。

（c ）计算Fe 2 +和Fe 3+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Fe

2 +的摩尔数为y ，则Fe 3+

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Ni

O(x＜1)。

x

O，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今有一批Ni

x

衍射指标的θ=18.71°（sinθ=0.3208）。（Ni的相对原子质量为58.70）1molg−⋅

O的立方晶胞参数；

（a）计算Ni

x

（b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。

O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）（c）在Ni

x

是多少？

O晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？

（d）在Ni

x

O的立方晶胞参数为：

解：（a）Ni

x

（b）因为Ni

O晶体为NaCl型结构，可得摩尔质量M：

x

而Ni

O的摩尔质量又可以表示为：

x

由此解得：x=0.92。

设0.92mol镍中有y mol Ni2+，则有（0.92-y）mol Ni3+。根据正负离子电荷平衡原则，有：

2y+3(0.92-y)=2

y=0.76

0.92-0.76=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。

的结构是由1932年Zachariasen 参考：玻璃的内部结构无长程周期性。一般公认的玻璃态SiO

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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SiO 44-四面体），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K 2CO 3质量分数为18.4%，CaCO 3质量分数为11.0%、SiO 2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

K 2CO 3质量为18.4g ，为18.4/138mol ；

CaCO 3质量为11g ，为11/100mol ；

SiO 2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

K 2CO 3 5.1×0.184=0.94t

CaCO 3 5.1×0.11=0.561t

SiO 2 5.1×0.706=3.6t

8、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