长春理工材料科学基础习题答案

1.为什么没有五次轴和六次以上的轴？①因为五次和；数；每个C原子周围有4个碳-碳原子之间形成共价键，所；二价阳离子A填充于四面体空隙，三价阳离子B填充于；4.萤石、反萤石；萤石：阳离子面心立方堆积，阴离子填充在阳离子构成；反萤石：结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置；2-二八面体：八面体以共棱方式相连，但八面体中的；2-三八面体：八面体以共棱方式相连，但

1. 为什么没有五次轴和六次以上的轴？① 因为五次和高于六次的称轴的图形出现了中空的部位，这不符合晶体内部质点排列的结构特征，因而不可能存在。

② 另外，从基转角α来看，只有等于360°、180°、120°、90°、60°、0°才能整除360°，即n=360°/α为整

数。③ 正五边形上两平行行列的结点间距不等违反了空间格子规律，所以无五次轴。 2. 金刚石结构中C原子按面心立方排列，为什么其堆积系数仅为34%？

每个C原子周围有4个碳-碳原子之间形成共价键，所以配位数是4，共价键有方向性和饱和性，1个C与4个C形成价键没有达到紧密堆积，结构内有空隙，堆积密度仅为34%而不是74.05%。 3. 正尖晶石、反尖晶石Page39

二价阳离子A填充于四面体空隙，三价阳离子B填充于八面体空隙的叫正尖晶石。(A)[B2]O4 二价阳离子A分布在八面体空隙中，而三价阳离子B一半填充四面体空隙，另一半在八面体空隙中称为反尖晶石。(B)[AB] O4

4. 萤石、反萤石

萤石：阳离子面心立方堆积，阴离子填充在阳离子构成的四面体空隙中。CaF

反萤石：结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换的晶体。--碱金属氧化物5. 二八面体、三八面体

2-二八面体：八面体以共棱方式相连，但八面体中的O离子只被其他两个阳离子所共用。（2/3的八面体空隙被阳离子所填充）

2-三八面体：八面体以共棱方式相连，但八面体中的O离子被其他三个阳离子所共用。（全部的八面体空隙被阳离子所填充）

6. 桥氧、非桥氧

4+

桥氧：在有限四面体群中连接两个Si离子的氧。由于这种氧的电价已经饱和，一般不再与其他正离子配位，故桥氧也称非活性氧。

4+

非桥氧：在有限四面体群中只有一侧与Si离子相近的氧。另一侧可与其他阳离子配位，故非桥氧亦称活性氧。7. 架状结构、层状结构、岛状结构Page44

① 硅氧四面体之间通过四个顶角的桥氧连起来，向三维空间无限发展的骨架状结构称为架状结构。② [SiO4]之间通过三个桥氧相连，在二维平面无限延伸构成的硅氧四面体层称层状结构。

③ 在硅酸盐晶体结构中，[SiO4]以孤立状态存在，[SiO4]之间通过其它阳离子连接起来，这种结构称为岛状结构。8. 位移性转变、重建性转变Page50；Page67（旧书）

位移性转变：不打开任何键，不改变原子最临近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子位置发生少许位移，所需的能量低，转变迅速快。是高低温转变，可逆转变。重建性转变：破坏原子间化学键，改变配位数，是晶体结构完全改变原样的一种多晶转变，所需能量高，转变速度慢，有些是不可逆转变。

9. 解释在AX型晶体结构中，NaCl型结构最多。

在AX型晶体结构中一般阴离子X的半径较大，而阳离子A半径较小，所以阴离子做紧密堆积，阳离子填充在其间隙中。大多数AX型化合物的r+/r-比在0.414-0.732之间，应填充在八面体空隙中，即具有NaCl型结构，并且NaCl型晶体结构的对称性较高，所以AX型晶体结构中NaCl型结构最多。10. TiO2的性质及应用。Page50（旧书）⑴在光学性质上具有很高的折射率。⑵在电学性质上具有高的介电系数。

⑶因此成为制备光学玻璃的原料，也是无线电陶瓷中需要的晶相。⑷TiO2的纳米和介孔材料有催化净化效果，用于光催化下的净化功能。11. 同质多晶和类质同晶现象？

① 把同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、PH等），结晶成为两种以上不同结构的晶体的这一现象称为同质多晶或同质多象。由此而产生的化学组成相同、结构不同的晶体称为变体。

② 化学组成相似或相近，在相同的热力学条件下形成的晶体具有相同的结构，

这种现象称为类质同晶现象。12. 分析说明高岭石、蒙脱石结构特点及其结构差异，并说明性质和结构的相关性。

高岭石：1:1层状结构，有解理性，层间为氢键。因此可交换的阳离子容量小。水分子不易进入单网层之间，晶体不会因为水含量增加而膨胀，故具有很好的可塑性。

蒙脱石：2:1层状结构，有解理性，层间为范氏键，易吸水，有膨润性。具有很高的阳离子交换能力。对Na、Ca、

Mg、Al、H等正离子均有强的交换性。

13. 用晶体结构理论解释水泥原料石灰石中方解石的结构。Page35

水泥材料石灰石中方解石的结构可看成变了形的NaCl结构形式。只要将NaCl 的三次轴竖立并加压使棱的夹角由

2++2--2-4+2-90°变至101°55′。然后以Ca代替Na，CO3代替Cl。CO3中的C 在中心，三个O围绕C在一平面上成一等边三角

2+

形。Ca的配位数为6。

14. 表征硅酸盐晶体的化学式方法有几种，分别是什么？并进行比较。表征硅酸盐晶体的化学式方法有两种：

一种是所谓的氧化物法，即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物按一定比例和顺序全部写出来，先是+1价碱金属氧化物，其次是+2价，+3价的金属氧化物，最后是SiO2。例如，钾长石的化学式写成K2O·Al2O3·6SiO2；

另一种是无机络盐表示法，是把构成硅酸盐晶体所有离子按照一定比例和顺序全部写出来，再把相关的络阴离子

3+4+2--用中括号[]括起来即可，先是+1价，+2价的金属离子，其次是Al和Si 的离子，最后是O或OH离子，如钾长石为

K[AlSi3O8]。

比较：氧化物表示法的优点在于一目了然地反映出晶体的化学组成，可以按此组成配料来进行晶体的实验室合成。无机络盐表示法则可以比较直观地反映出晶体所属的结构类型，进而可对晶体结构及性质做出一定程度的预测。两种表示方法之间可以相互转换。