材料化学第四章课后答案李奇陈光巨编写

第四章

1、试用热化学求

KCl 晶体的点阵能，所需要的数据如下表所示。 物理量 ΔH 生成 ΔH 升华 I K ΔH 分解 Y Cl 数值/kJ ·mol -1

-435

84

418

243

-368

解：根据Hess 定律

2、已知KCl 晶体具有NaCl 型结构，晶胞棱长628pm 。试计算KCl 晶体的点阵能，并与上题所求的结果比较。

解：根据201

(1)4A AN Z Z e U R m

πε+-=-

将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入，得

701.3894101

(1)(/)U AZ Z kJ mol R m

-+-⨯=-

KCl 具有NaCl 晶型，即A=1.748，又Z +=Z —=1，1

(99)2

m =

+=9 1001

628314 3.14102

R pm pm m -=⨯==⨯

所以710

1.389410 1.748111

(1)(/)687.5/3.14109

U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯ 3、从理论计算公式计算NaCl 与MgOde 晶格能。MgO 的熔点为2800℃，NaCl 为801℃，请说明这种差别的原因。

解：NaCl 、MgO 同属于NaCl 型结构，根据201

(1)4A AN Z Z e U R m

πε+-=-

将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入

701.389410 1.7481

(1)(/)U Z Z kJ mol R m

-+-⨯⨯=-

对于NaCl ，R 0=279pm=2.79×10-10

m Z +=Z -=1

m=（7+9）/2=8

所以

7

10

1.389410 1.748111

(1)(/)761.7/

2.79108

U kJ mol kJ mol -

-

⨯⨯⨯⨯

=⨯-=

⨯

对于MgO，R

=210pm=2.10×10-10m Z+=Z-=2

m=（7+7）/2=7

所以

7

10

1.389410 1.748221

(1)(/)3965.2/

2.10107

U kJ mol kJ mol -

-

⨯⨯⨯⨯

=⨯-=

⨯

参考：晶格能的大小，可以表示离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体的

熔点也就越高。因为U

MgO ＞U

NaCl

,，所以mp

MgO

＞mp

NaCl

。

4、为什么可将离子晶体的结构归于不等径圆球密堆积的问题？

参考：离子晶体的结构多种多样，而且有的很复杂。但复杂的离子晶体结构一般都是典型的简单结构形式的变形，故可将离子晶体的结构归结为几种典型的结构形式。

5、如何正确理解离子半径的概念？离子半径是不是常数？它与哪些因素有关？

参考：若将离子近似的看作具有一定半径的弹性球，两个相互接触的球形离子的半径之和即等于核间的平衡距离，这就是一般所说的离子半径的意义。离子半径本来应该是指离子电子云的分布范围，但是按照量子力学计算，离子的电子云密度是无穷的，因此严格的说，一个离子的半径是不定的，它和离子所处的特定条件有关。

6、试比较Pauling半径和Goldschmidt半径的异同。

参考：见教材4.1.3。

8、试就负离子堆积方式与正离子所占间隙的种类与分数比较NaCl型与ZnS型结构之异同，比较CsCl和CaF

2

型结构之异同。

答：

9、由离子半径计算CsBr和NaBr的半径比并推测晶体离子的配位数和晶体结构形式。

答：

10、BeO 和MgO 晶体的结构分别属于六方ZnS 和NaCl 型，试从离子半径比与配位数关系推测BeO 和MgO 的晶体结构形式，并与实际结果进行比较。 答：

11、叙述Goldschmidt 结晶化学定律，并扼要阐明它的含意。

参考：晶体的结构形式取决于其组成者的数量关系、大小关系和极化性能，组成者系指原子、离子或原子团。

影响晶体结构形式包含以下几个因素：

（1） 正负离子的相对大小（半径比R +/R -）决定正离子配位数及配位多面体的型式。 （2） 正负离子的相对数量（组成比n +/n -）决定正负离子配位数之比及正离子所占空隙分数。 （3） 离子的极化引起键形以及结构形式的变异

12、什么是金属原子半径、离子半径、共价半径、van de waals 半径，他们有何不同？举例说明。

参考：见教材。金属原子半径：用X 射线衍射法可以测定金属单质的结构，从金属晶体的晶胞参数可以求出两个邻近金属原子间的距离，他的一半就是原子半径。金属原子半径随配位数不同稍有变化，配位数高，半径大。

离子半径：在离子晶体中，相邻的正负离子间存在着静电吸引力和离子外层电子云相互作用的排斥力，当这两种作用力达成平衡时，离子间保持一定的接触距离。若将离子近似的看作具有一定半径的弹性球，两个相互接触的球形离子的半径之和即等于核间的平衡距离，这就是一般所说的离子半径的意义。

Van de waals 半径：代表相邻分子中原子之间最小接触距离的平均值。

13、CF 4和PF 3具有相同的电子数（42个）和相对分子质量（88），但CF 4的熔沸点（-184℃，-128℃）均较PF 3（-151.5℃，-101.5℃）低，说明原因。

答：CF 4和PF 3都有色散力。PF 3是极性分子，除了具有色散力外还有静电力和诱导力；而CF 4是非极性分子，只有色散力。所以CF 4的熔沸点均较PF 3低。

14、将水分子看作球体，并假设堆积系数（空间占有率）为0.6，液态水中每个水分子的半径多大？

答：液态水中1个水分子占据体积为30.0×10-24

cm 3

（由摩尔体积/N A 得到）设液态水中每个水分子半径为r ，则