无机合成

第二章

试述气体的来源和净化步骤。如何除去气体中的水分。（P11---P12）

答：

⑴来源：工业制备和实验室制备

⑵净化步骤：a除去液雾和固体颗粒。b 干燥。c 除氧。d 除氮

⑶一是让气体通过低温冷阱，是气体中的水分冷却下来，已达到除水的目的

二是让气体通过干燥剂，将水分除去。

干燥气体的干燥剂有几种类型？选择干燥剂应该考虑哪些因素？P12

答:

种类：一类是可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂

一类是可吸附气体中水分的干燥剂

因素：a干燥剂的吸附量，干燥剂的吸附量越大越好

b吸附速率，吸附速率愈快愈好。

c残留水的蒸气压，吸附平衡后残留水的蒸气压愈小愈好

d干燥剂的再生，干燥剂越易再生成本越低

如何进行无水无氧实验操作？P16

答

1 无水无氧操作室2保护气体及其净化3 试剂的储存和转移4 反应、过滤和离心分离及升华提纯5 样品的保存和转移

溶剂有哪些类型？质子溶剂有哪些特点？质子惰性溶剂分为几类？举例说明P18 和P34

答：

溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂

质子溶剂的特点：都能自电离，这些溶剂主要是些酸碱

质子惰性溶剂分类：

a惰性溶剂，基本不容计划不自电离。如四氯化碳，环己烷等

b偶极质子惰性溶剂，即极性高但电离程度不大的溶剂。乙腈，二甲基亚砜等

c两性溶剂，三氟化溴

d无机分子溶剂，二氧化硫，四氧化二氮

使用溶剂时应考虑哪些因素？依据哪些原则？P35--P40

答：

因素：①反应物的性质②生成物的性质③溶剂的性质

原则：a反应物充分溶解b反应物不与溶剂作用c使副反应最少d易于使产物分离

什么叫拉平效应和区分效应？P40/P41

答：

拉平效应：但一种酸溶于任一溶剂时，酸中的质子完全转移给溶剂分子，这种现象被称为拉平。当不同的酸在同一溶剂中被拉平时，它仍在该溶剂中所表现的酸性强度时相同的。即原有的酸性差别因溶剂无法区分而被拉平，这种效应被称为溶剂的拉平效应。

区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。具有区分效应的溶剂为区分溶剂。

第三章

化学气相沉积法有哪些反应类型？该法对反应体系有什么要求？在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质?如何解释？P47---

答：

1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。

2、要求：

①反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。

②能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发

沉积装置简单，操作方便。

3、金属的烷基化物，其M-C 键能一般小于C-C 键能，可广泛用于沉积高附着性的金属膜。若元素的烷氧基配合物，由于M-O 键能大于C-O 键能，所以可用来沉积氧化物。

写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理？在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同?

答：反应22242Cl SiO O SiCl +?+

252336234Cl O P O POCl +?+

232236234Br O B O BBr +?+

方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉积法。尾气为SO 2和HCl ，除去的方法是用碱液吸收。

添加剂顺序：管内陈激发先高温加热旋转的玻璃管在启动O 2作为SiCl 4，POCl 3，和BBr 3的载流气体进行反应，而管外沉积法是直接讲SiCl 4等喷入氢氧焰中进行反应。

化学输运反应的平衡常数有什么特点?为什么？试以热力学分析化学输运反应的原理？

答：

特点：(化学式P53 3.1 3.2 ) 由公式可知其特点是当升高温度时，平衡常数也随之增大，即自左向右的反应进行程度大；当降低温度时，自左向右的反应平衡常数变小，而自右向左的反应进行程度变大。

热力学分析：△H 的绝对值决定了K 值随温度变化的变化率，也就决定了为取得适宜沉积速率和晶体质量所需要的源区--沉积区间的温差。︳△H ︳较大时，即使lnK 不改变符号，也可以得到较高的沉降速率；如果︳△H ︳太大，温差必须很小，以防止成核过多影响沉积物质量。

液氧、液氮、液氩的小型容器和液氢、液氦的有什么不同？如何转移液态气体？(P74-P75)

答：液氧、液氮、液氩一般用杜瓦容器。液氢、液氦液氮屏容器和气体屏容器。

转移液态气体：倾倒法，虹吸法，加压法，舀取法。

简述立方晶系畸变成四方晶系、正交晶系、三方晶系的原理和过程。

答：

理想的钙钛矿型结构属于立方晶系。以B指像Ru那样的具有d电子层结构的过度金属离子。形成的[BO6]八面体各以顶角相连。若其中B离子沿[BO6]八面体的纵轴方向稍稍位移，就畸变成四方晶系。若在两个轴向发生不同程度的伸缩，就畸变成正交晶系。若沿晶胞体对角线[111]方向伸缩，就畸变成三方晶系。

人造金刚石有几种合成方法？工业上常用哪一种？其获取高温的方法有哪些？如何获取高温的方法有哪些？如何合成多晶金刚石？人造金刚石合成机理有几种学说？答：

合成：直接法和间接法。工业上均是采用间接法

获取高温的方法：直接加热，间接加热，半间接加热

多晶金刚石：把许多小单晶金刚石用高温，高压的方法合成为较大的多晶体。

机理：溶剂论，纯催化论，纯催化剂论，固相转化论

第四章

分别叙述先驱物法和溶胶-凝胶法的定义和特点。在何种情况下不宜用先驱物法？(P127 P129 P130 P131)

答：

先驱物法：先驱物法是为了解决高温固相反应中产物的组成均匀性和反应物的传质扩散所发展起来的节能的合成方法。其基本思路是：首先通过准确的分子设计，合成出具有预期组分、结构和化学性质的先驱物，再在软环境下对先驱物进行处理，进而得到预期的材料。

先驱物法特点：（1）混合的均一化程度高（2)阳离子的摩尔比准确（3）反应温度低

下种情况不宜使用先驱物法：（1)两种反应物在水中溶解度相差很大（2）生成物不是以相同的速度产生结晶（3）常生成过饱和溶液

溶胶-凝胶法：胶体分散系是分散程度很高的多相体系。溶胶的粒子半径在1～100nm间，具有很大的相界面，表面能高，吸附性能强，许多胶体溶液之所以能长期保存，就是由于胶粒表面吸附了相同电荷的离子。由于同性相持使胶粒不易聚沉，因而胶体溶液是一个热力学不稳定而动力学稳定的体系。如果在胶体溶液中加入电解质或者两种带相反电荷的胶体溶液相互作用，这种动力学上的稳定性立即受到破坏，胶体溶液就会发生聚沉，成为凝胶。这种制备无机化合物的方法叫做溶胶-凝胶法。

溶胶-凝胶法特点：

（1）通过混合个反应物的溶液，可获得所需要的均相多组分体系

（2）可大幅度降低制备材料和固体化合物的温度，从而可在比较温和的条件下制备陶瓷、玻璃等功能材料。

(3) 利用溶胶或凝胶的流动性，通过某种技术如喷射、浸涂等合成出特殊形态的材料如薄膜、纤维、沉积材料。

试述局部化学反应的意义和类型。（答案P134）

意义：局部化学反应也成为拓扑反应或规整化反应。局部化学反应通过反应物的结构来控制反应性，反应前后主体结构大体上或基本上保持不变。

类型：脱水反应、分解反应、氧化还原反应、嵌入反应、离子交换反应、同晶置换反应。

试述低热固相反应的机理、规律和应用。（答案P139--P141）

机理：固相反应的发生起始于两个反应物分子的扩散接触，接着发生键的断裂和重组等化学作用，生成新的化学物分子。此时的生成物分子分散在源反应物中，只有当产物分子聚积形成一定大小的粒子，才能出现产物的晶核，从而完成成核过程。随着晶核的长大，达到一定的大小后出现产物的独立晶相。这就是固相反应经历的扩散、反应、成核、生长四个阶段。

规律：1 潜伏期2 无化学平衡3 拓扑化学控制原理4 分布反应5 嵌入反应

应用：1低热固相反应在合成化学中的应用，如在原子簇、新的多酸化合物、新的配合物等方面的应用。

2 低热固相反应在生产中的应用：a低热固相反应在颜料制造业中的应用b 低热固相反应在制药业中的应用c其他的应用，如工业上采用加热苯胺磺酸盐制备对氨基苯磺酸等

T8 什么叫水热合成法？按反应温度可分为几类？水热合成法有哪些优点和应用前景？高温高压下水热合成法有哪些特征？说明用水热合成法合成水晶的必然性。（答案P139-P146）

水热合成法：水热法是指在密闭体系中，以水为溶剂，在一定的温度下，在水的自生压强下，反应混合物进行反应的一种方法。

按反应温度分类：1低温水热法。在100℃以下进行的水热反应

2中温水热法。在100～300℃下进行的水热反应

3高温高压水热法。在300℃以上，0.3Gpa下进行的水热反应

优点及前景：该法可制得许多其他方法不能或难以得到的化合物。众多的介稳相可通过水热反应加以合成。这在硅酸盐、硅铝酸盐的合成中是相当常见的，为新相的开发提供了广阔的前景。用这个方法可以开发出更多更好的无机功能材料和各种新型无机化合物。

高温高压下水热合成特征：a使复杂离子间的反应加速b使水解反应加剧c使其氧化还原反应电势发生明显变化。

用水热合成法合成水晶的必然性：

从各种原料要想得到水晶，按一般的思路无非两种方法：一是从水溶液中生长水晶体。由于不溶于水，故此法行不通。二是从熔体中生长水晶体。熔体冷去后一般生成了非晶态固体---玻璃，故此法得不到水晶，所以只有用水热法了，这就是用水热法合成水晶的必然性。

水晶生长的速度和质量受下列因素的影响：

（1）碱溶液的种类（NaOH，Na2CO3)、浓度及原料的填充度。矿化剂一般浓度为1.0～1.2mol/L（NaOH）填充度80％～85％.

（2）生成区的温度330～350℃

（3）生成区与溶解区的温度差20～80℃

（4）挡板的开孔度

（5）籽晶的结晶方向

总的来说，在高温下相应提高填充度和溶液碱浓度可提高晶体的完整性。

第五章

（答案在P181）

T4 试述熔盐的特性，举例说明熔盐在无机合成中的应用：

特性：

（1)高温离子熔盐对其他物质具有非凡的溶解能力，一些矿石、难容氧化物、高温难容物质，可望在高温熔盐中进行处理。

（2)熔盐中的离子浓度高，粘度低，扩散快，导电率大，从而使高温化学反应过程中传质、传热速率快，效率高。

（3)金属/熔盐离子电极界面间的交流电流i0特别高，达到1～10A/cm2（而金属/水溶液离子电极界面间的i0只有10-4～10-1A/cm2），使电解过程中的阳极氧化和阴极还原不仅可在高温高速下进行，而且能耗低；动力学迟缓过程引起的活化过电位和扩散过程引起的浓差过电位都较低，熔盐电解生产合金时，往往伴随去极化作用。

（4)常用熔盐作为溶剂，用于电解制备金属（水溶液中，电解无法得到）。（5)大多数熔盐在一定温度范围内，具有良好的热稳定性。

（6)熔盐的热容量大，贮热和导热性能好，可用作蓄热剂、载热剂和冷却剂。（7)熔盐耐辐射，在核工业受到重视和广泛应用。

无机合成中的应用：

a 合成新材料

（1）熔盐法或提拉法生长激光晶体。

（2）单晶薄膜磁光材料的制备。

（3）玻璃激光材料的制备。

（4）稀土发光材料的制备。

（5）阴极发射材料和超硬材料的制备。

（6）合成超低损耗的氟化物玻璃光纤预制棒。

b 非金属元素F2，,B,Si的制取

c 在熔盐中合成氟化物

d 合成非常规价态化合物

T6 试解释吸收、荧光、磷光、内部转换和系间窜越的意义。

画图与解释在课本P184（图略）

吸收：当电子从单线态基态跃迁到单线态第一激发态时，吸收光子。（S0→S1

荧光：电子从第一单线态激发态回到单线态基态时，得到的发射光称为荧光（S1→S0)

磷光：电子从第一三线态激发态回到单线态基态时所发射的光称为磷光（T1→S0）内部转换：电子从单线态第二或更高的激发态返回到第一激发态的过程称为内部转换

系间窜越：电子从三线态的第一激发态回到单线态的基态过程

T8 简述自蔓延高温合成的意义和类型。P199--P201

自蔓延高温合成（SHS）是材料与工程领域的研究热点之一，也称为燃烧合成。意义（特点）：

（1）节能

（2）高效

（3）合成产品纯度高

（4）合成产品成本低

（5）易于从实验转入规模生产

（6）可控制合成产品冷却速率

类型:1 直接合成法（P200）

2 Mg热、Al热合成法：a TiC—Al体系的合成

b 碳化钨的合成

c 陶瓷内衬复合钢管的制备

第七章

从溶液中生长晶体有哪些方法？电解溶剂法和溶液蒸发法有和区别和共同之处？方法：1 降温法2 流动发（温差法）3 蒸发法4 凝胶法5 电解溶剂法

电解溶剂法和溶液蒸发法区别：蒸发法生长晶体的原理是将溶剂不断蒸发，而使溶液保持在过饱和状态，从而使晶体不断生长。这种方法比较适合于溶解度较大而溶解度系数很小或者具有负温度系数的物质。而电解溶剂法是用电解法来分解溶剂，使溶液处于过饱和状态。采用电解溶剂法的育晶器中有一对铂电极，即两种方法的实验装置不同。

相同点：都是使溶液处于过饱和状态，两种方法生长晶体的环境是恒温下进行。用水热法制备二氧化硅的原理是什么？写出其反应式和反应条件？（p237）答：人造水晶的生长过程包含两个过程：

（1）溶质离子的活化。

73O NaSi -+H 2O= ·Si 3O 6-+Na ++2OH -

NaSi 2O 5-+H 2O= ·Si 3O 4-+Na ++2OH

- （2）活化了的离子受生长体表面活性中心离子的吸引（静电引力、化学引力及范式引力）穿过生长体表面的扩散层而沉降到水晶表面。

第八章

T1 何谓精细陶瓷？其与传统陶瓷有什么区别？（答案P263)

精细陶瓷：通常认为，精细陶瓷是“采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷。

区别：

（1）原料。打破了传统陶瓷以粘土为主的限制，精细陶瓷一般采用精选、高纯的氧化物、硅化物、氮化物、硼化物、碳化物等作为原料。

（2）成分。不同产地的原料对传统陶瓷产品的组成与结构影响颇大；精细陶瓷的原料是纯化合物，其性质的优劣由原料的纯度和工艺所决定，因此产品的组成与结构同产地无关，

（3）制备工艺。传统陶瓷以窑炉为主要制造设备，而精细陶瓷的制备随着工业技术的进步，已广泛采用真空烧结、气氛烧结、热压、热等静压等现代材料制备的方法。

（4）性能与用途。精细陶瓷具有多种特殊的性质与功能，如高强度、高硬度、耐磨耐蚀，以及在磁、电、热、声、光、生物工程、超导、原子能等方面的特殊功能，因而使其在机械、电子、化工、计算机、能源、冶金、航空航天、医学工程、信息产业各方面得到了广泛应用。

T2精细陶瓷的制备有哪些工序？各工序又有哪些方法？（答案P264—P281） 工序及其方法：（1）精细陶瓷原粉的化学合成：a 固相法b 液相法c 气相法

（2）精细陶瓷的成型：（1）原粉的预处理（2）粉料的成型 a 干压成型b 浆料成型c 可塑成型d 注射成型

（3）精细陶瓷的烧结：a 无压烧结b 热压烧结c 电厂烧结d 超高压烧结e 活化烧结f 放电等离子烧结h 爆炸烧结

T4何谓纳米科技与纳米材料？纳米粒子有哪些物理效应和特点？（答案P282--P288）

纳米科技：纳米科技是研究尺寸在0.1～100nm之间的物质所组成体系的运动规律和相互作用，及其实用技术问题的科学技术。

纳米材料：广义地讲，纳米材料是指在三维空间中至少有以为处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。

物理效应:1久保效应

2 表面与界面效应

3 小尺寸效应

4 量子尺寸效应

5 宏观量子隧道效应

特点：

1物理特性：

a热性质的变化b磁性的变化c离子导电性增加d光学性质变化e力学性能变化

2化学特性：a化学反应性能提高b吸附性强c催化效率高