武汉科技大学811无机材料科学基础2017(A卷答案)年考研真题答案
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、简答题(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分)
1. 简述划分平行六面体的四条原则。
1）所选平行六面体的对称性应该符合整个空间点阵的对称性； 2）在不违反对称的条件下，应选择棱与棱之间指教关系最多的平行六 面体； 3）在前两条前提下，所选的平行六面体的体积最小； 4）当对称性规定棱间交角不为直角时，在遵循前三条的前提下，应选择 结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间交角接近于直角的平 行六面体。 2. 玻璃结构参数之间的关系和物理意义是什么？
则有
m J x J xx
xAt
x
当x、t >0时，有 C J t x
将菲克第一定律代入上式得
C t
x
D
C x
如果扩散系数D与浓度无关，则上式可写成：
C t
D
2C x2
当扩散系数与浓度无关，即与空间位置无关时，
C t
D
3、在1500℃MgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1h内从1μm直 径长大到10μm。如已知晶界扩散能为251.21kJ/mol，试预测在1600℃保 持4h后晶粒的大小，并估计杂质对MgO晶粒生长速率有什么影响，为什 么？
解：根据晶粒正常生长公式 G 2 G02 Kt
第3页共5页
三、公式推导题( 15 分)
试根据Fick第一定律推导Fick第二定律
C t
2C D(
x 2
2C y 2
2C )
z 2
。
解：在扩散方向上取体积元AΔx，Jx和Jx＋Δx分别表示流入体积元及流出
体积元的扩散通量，则在Δt时间内，体积元中的扩散物质的积累量为：
m (J x A J xΔx A)t
以1%稀溶为标准，则α[Al]=0.025; 而PCO=1，且当△G4=0时，有下式： （2490.02-1.2748T）×1000+8.314T×4ln(0.025)=0
得T=1781.8K
2、非化学计量化物FexO中，Fe3+/Fe2+＝0.1，求FexO中空位浓度及x 值。
解：非化学计量化物FexO，可以认为是a（mol）的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反
姓名： 报考专业： 准考证号码： 密封线内不要写题
2017年攻读硕士学位研究生入学考试试题
科目名称：无机材料科学基础（□√A卷□B卷）科目代码：811 考试时间：3小时 满分 150分
可使用的常用工具：□无 □√计算器 □√直尺 □圆规（请在使用工具前打√）
应为：
Fe2O3 FeO 2FeFe VF”e 3OO
a
2a a
此固溶体的组成为：Fe3+2aFe2+（1-2a-a）O
已知：Fe3+/Fe2+＝0.1，则2a:（1-2a-a）=0.1
故：a＝0.044
所以：x＝2a+(1-3a)=1-a=0.956
正常格点数N＝1+x＝1.956 所以空位浓度为：0.044/1.956＝2.25×10-2
Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料比较好？说明原因
选用 MgCO3 和Al2O3·3H2O作为原料，因为于 MgCO3于650℃左右分解可产生活性较大的MgO，同时Al2O3·3H2O在60 0℃左右分解产生γ-Al2O3，产物γAl2O3也具有较大的活性，两者配合最有利于MgAl2O4生成； Mg(OH)2虽然也可分解产生活性较大的MgO，但分解温度太低（450℃） ，与 Al2O3·3H2O在600℃左右分解产生γ-Al2O3的温度不匹配； MgO与α- Al2O3的活性最低，选择原料不合适。
△Go2= -232.5-0.168T (kJ/mol) △Go3= -43.07-0.0322T (kJ/mol)
当[Al]在Fe液中浓度为0.025％时，试求Al2O3(在P外总＝105Pa)与碳
发生激烈反应的温度？
解：根据以上三个反应式，3×（2）＋4×（3）－（1）得反应式（4）：
6C(s)+2Al2O3(s)=4[Al]1%+6CO(g) （4） (也可以是3C(s)+Al2O3(s)=2[Al]1%+3CO(g)) △Go4=3×△Go2+4×△Go3-△Go1=2490.02-1.2748T (kJ/mol) 假定碳和Al2O3为纯物质，则C和Al2O3的活度为1，则有下式： △G4=△Go4+RT ln pCO 6 [ Al]4 （5）
注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律
无效；考完后试题随答题纸交回。
一、名词解释(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分)
1. 四面体空隙与八面体空隙(处于四个球体包围之中的空隙，四个球体中 心的连线恰好成一个四面体的形状称为四面体空隙；处于六个球体包围 之中的空隙，六个球体中心的连线恰好成一个八面体的形状称为八面 体空隙) 2. 肖特基缺陷与弗伦克尔缺陷(如果原子能量足够大，离开平衡位置，挤 到正常晶格的间隙位置，形成间隙质点，在原来位置留下空位，这种缺 陷称为弗伦克耳缺陷；如果原子移动到晶体的表面，内部留下空位，该 缺陷称为肖特基缺陷。) 3. 晶粒生长与二次再结晶(无应变的材料在热处理过程中，平均晶粒尺寸 在不改变其分布的情况下连续长大的过程称为晶粒生长；在细晶消耗时 ，以大晶粒为成核基体成核长大形成少数巨大晶粒的过程称为二次再 结晶)
2C x2
2C y 2
2C z 2
四、分析计算题(共 3小题，每小题 15 分，共 45分)
第2页共5页
1、已知：已知4Al(l)+3O2(g)=2Al2O3(s) △Go1= -3359.8+0.642T
(kJ/mol)
2C(s)+O2(g)=2CO(g) Al(l)→[Al]1%
X+Y＝Z；X＝2R-Z
第1页共5页
X表示多面体中非桥氧离子平均数，Y表示多面体中桥氧离子平均数，Z 表示每个多面体中氧离子平均总数，R表示玻璃中氧离子总数与网络形 成离子总数之比。 3.
如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MΒιβλιοθήκη BaiduCO3，Mg(OH)2，MgO，A
l2O3·3H2O，γ-Al2O3，α-
1. 简述划分平行六面体的四条原则。
1）所选平行六面体的对称性应该符合整个空间点阵的对称性； 2）在不违反对称的条件下，应选择棱与棱之间指教关系最多的平行六 面体； 3）在前两条前提下，所选的平行六面体的体积最小； 4）当对称性规定棱间交角不为直角时，在遵循前三条的前提下，应选择 结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间交角接近于直角的平 行六面体。 2. 玻璃结构参数之间的关系和物理意义是什么？
则有
m J x J xx
xAt
x
当x、t >0时，有 C J t x
将菲克第一定律代入上式得
C t
x
D
C x
如果扩散系数D与浓度无关，则上式可写成：
C t
D
2C x2
当扩散系数与浓度无关，即与空间位置无关时，
C t
D
3、在1500℃MgO正常晶粒长大期间，观察到晶体在1h内从1μm直 径长大到10μm。如已知晶界扩散能为251.21kJ/mol，试预测在1600℃保 持4h后晶粒的大小，并估计杂质对MgO晶粒生长速率有什么影响，为什 么？
解：根据晶粒正常生长公式 G 2 G02 Kt
第3页共5页
三、公式推导题( 15 分)
试根据Fick第一定律推导Fick第二定律
C t
2C D(
x 2
2C y 2
2C )
z 2
。
解：在扩散方向上取体积元AΔx，Jx和Jx＋Δx分别表示流入体积元及流出
体积元的扩散通量，则在Δt时间内，体积元中的扩散物质的积累量为：
m (J x A J xΔx A)t
以1%稀溶为标准，则α[Al]=0.025; 而PCO=1，且当△G4=0时，有下式： （2490.02-1.2748T）×1000+8.314T×4ln(0.025)=0
得T=1781.8K
2、非化学计量化物FexO中，Fe3+/Fe2+＝0.1，求FexO中空位浓度及x 值。
解：非化学计量化物FexO，可以认为是a（mol）的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反
姓名： 报考专业： 准考证号码： 密封线内不要写题
2017年攻读硕士学位研究生入学考试试题
科目名称：无机材料科学基础（□√A卷□B卷）科目代码：811 考试时间：3小时 满分 150分
可使用的常用工具：□无 □√计算器 □√直尺 □圆规（请在使用工具前打√）
应为：
Fe2O3 FeO 2FeFe VF”e 3OO
a
2a a
此固溶体的组成为：Fe3+2aFe2+（1-2a-a）O
已知：Fe3+/Fe2+＝0.1，则2a:（1-2a-a）=0.1
故：a＝0.044
所以：x＝2a+(1-3a)=1-a=0.956
正常格点数N＝1+x＝1.956 所以空位浓度为：0.044/1.956＝2.25×10-2
Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料比较好？说明原因
选用 MgCO3 和Al2O3·3H2O作为原料，因为于 MgCO3于650℃左右分解可产生活性较大的MgO，同时Al2O3·3H2O在60 0℃左右分解产生γ-Al2O3，产物γAl2O3也具有较大的活性，两者配合最有利于MgAl2O4生成； Mg(OH)2虽然也可分解产生活性较大的MgO，但分解温度太低（450℃） ，与 Al2O3·3H2O在600℃左右分解产生γ-Al2O3的温度不匹配； MgO与α- Al2O3的活性最低，选择原料不合适。
△Go2= -232.5-0.168T (kJ/mol) △Go3= -43.07-0.0322T (kJ/mol)
当[Al]在Fe液中浓度为0.025％时，试求Al2O3(在P外总＝105Pa)与碳
发生激烈反应的温度？
解：根据以上三个反应式，3×（2）＋4×（3）－（1）得反应式（4）：
6C(s)+2Al2O3(s)=4[Al]1%+6CO(g) （4） (也可以是3C(s)+Al2O3(s)=2[Al]1%+3CO(g)) △Go4=3×△Go2+4×△Go3-△Go1=2490.02-1.2748T (kJ/mol) 假定碳和Al2O3为纯物质，则C和Al2O3的活度为1，则有下式： △G4=△Go4+RT ln pCO 6 [ Al]4 （5）
注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律
无效；考完后试题随答题纸交回。
一、名词解释(共 3 小题，每小题 10 分，共 30分)
1. 四面体空隙与八面体空隙(处于四个球体包围之中的空隙，四个球体中 心的连线恰好成一个四面体的形状称为四面体空隙；处于六个球体包围 之中的空隙，六个球体中心的连线恰好成一个八面体的形状称为八面 体空隙) 2. 肖特基缺陷与弗伦克尔缺陷(如果原子能量足够大，离开平衡位置，挤 到正常晶格的间隙位置，形成间隙质点，在原来位置留下空位，这种缺 陷称为弗伦克耳缺陷；如果原子移动到晶体的表面，内部留下空位，该 缺陷称为肖特基缺陷。) 3. 晶粒生长与二次再结晶(无应变的材料在热处理过程中，平均晶粒尺寸 在不改变其分布的情况下连续长大的过程称为晶粒生长；在细晶消耗时 ，以大晶粒为成核基体成核长大形成少数巨大晶粒的过程称为二次再 结晶)
2C x2
2C y 2
2C z 2
四、分析计算题(共 3小题，每小题 15 分，共 45分)
第2页共5页
1、已知：已知4Al(l)+3O2(g)=2Al2O3(s) △Go1= -3359.8+0.642T
(kJ/mol)
2C(s)+O2(g)=2CO(g) Al(l)→[Al]1%
X+Y＝Z；X＝2R-Z
第1页共5页
X表示多面体中非桥氧离子平均数，Y表示多面体中桥氧离子平均数，Z 表示每个多面体中氧离子平均总数，R表示玻璃中氧离子总数与网络形 成离子总数之比。 3.
如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MΒιβλιοθήκη BaiduCO3，Mg(OH)2，MgO，A
l2O3·3H2O，γ-Al2O3，α-