2022年无机非金属材料科学基础习题.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章【习 题】1.1 名词说明:等同点、结点、空间点阵、晶体、对称、对称型、晶系、晶类、布拉菲格子、晶胞、晶胞参数、晶体定向、晶面指数、晶向指数、晶带轴定律1.2 略述从一个晶体结构中抽取点阵的意义和方法?空间点阵与晶体结构有何对应关系?1.3 什么叫对称性?晶体的对称性有何特点,为什么?1.4 晶体中有哪些对称要素,用国际符号表示;1.5 试找出正四周体、正八面体和立方体中的全部对称元素,并确定其所属点群、晶系;1.6 依据什么将 14 种布拉维点阵分成七个晶系?各晶系特点如何?为什么 14 种布拉维点阵中有正交底心而无四方底心和立方底心点
2、阵型式?以图说明;说明七个晶系的对称特点及晶体几何常数的关系;1.7 什么叫单位平行六面体或单位?在三维点阵中选取单位平行六面体应遵循哪些原就?为什么?1.8 a b c, = = =90的晶体属于什么晶系?a b c, 的晶体属什么晶系?能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵?1.9 一个四方晶系晶体的晶面,其上的截距分别为 3a、4 a,6c,求该晶面的晶面指数;1.10 四方晶系晶体 a b, c1/2a;一晶面在 X 、 Y 、Z 轴上的截距分别为 2a, 3b 和 6c;给出该晶面的密勒指数;1.11 某一晶面在x、y、z 三个坐标轴上的截距分别为1a, b,3c,求该晶面符号;1.12
3、 在正交简洁点阵、底心点阵、体心点阵、面心点阵中分别标出并指出每个晶面上的结点数;110、 011、101三组晶面,1.13 在立方晶系中画出以下晶面:a 001; b 110; c 111;在所画的晶面上分别标明以下晶向: a210 ;b111 ; c 101 ;1.14 试说明在等轴晶系中,1 1 1、1 1 1、 222、 110与 111面之间的几何关系;1.15 在立方晶系晶胞中画出以下晶面指数和晶向指数:001与 21 0 ,111与 11 2 ,1 1 0与 111 , 3 2 2与 236 ,257与111 ,123与1 2 1 ,102,11 2 , 2 1 3 ,110 ,
4、111 ,1 2 0,1.16 321;4 次螺旋轴和试说明对称型4/m 及 32/m 所表示的意义是什么;1.17 试用点的坐标表示金刚石的结构,指出结构类型,所属晶系,并找出金刚石结构中的平移量;1.18 试说明空间群符号 P42/mnm 所表达的意义;1.19 石墨分子为一个个等六边形并置的无限舒展的层形结构,碳原子处于每个六边形的角顶;请画出它的平面结构图,并从这样的平面结构中取出晶胞;假设已知结构中相邻碳原子间距离,请指出晶胞中基本向量 a、b 的长度和它们之间的夹角;每个晶胞中含几个碳原子?包括几个 碳原子的坐标;C C 化学键?写出晶胞中每个名师归纳总结 - - - - - -
5、-第 1 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章【习 题】2.1 名词说明:晶格能,离子半径,配位数与配位体,离子极化,同质多晶与多晶转变,位移性转变与重建性转变,晶体场理论与配位场理论;2.2 依据结合力的本质不同,晶体中的键合作用分为哪几类?其特点是什么?2.3 以 NaCl 晶胞为例,试说明面心立方积累中的八面体和四周体间隙的位置和数量;2.4 半径为 R 的球,相互接触排列成体心立方结构,试运算能填入其间隙中的最大小球半径 r;体心立方结构晶胞中最大的间隙的坐标为0,1/2,1/4;2.5 依据半径比关系,说明以下离子与 O2-配位时的配位数各是多少?
6、已知 rO2-, rSi4+,rK+,rAl3+, rMg2+;2.6 试证明等径球体六方紧密积累的六方晶胞的轴比;2.7 运算面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、积累系数;2.8 依据最密积累原理,空间利用率越高,结构越稳固,金刚石的空间利用率很低只有 34.01%,为什么它也很稳固?2.9 证明等径圆球六方最密积累的间隙率为 25.9%;2.10 试依据原子半径 R 运算面心立方晶胞、六方晶胞、体心立方晶胞的体积;2.11 面排列密度的定义为:在平面上球体所占的面积分数;画出 MgONaCl 型晶体111、110和 100晶面上的原子排布图;运算这三个晶面的面排列密度;2.12 设原
7、子半径为R,试运算体心立方积累结构的100、 110、 111面的面排列密度和晶面族的面间距;2.13 MgO 晶体结构, Mg2+半径为, O2-半径为,运算 MgO 晶体中离子积累系数球状离子所占据晶胞的体积分数;运算 MgO 的密度;并说明为什么其体积分数小于 74.05%?2.14 ThO2具有 CaF2结构; Th4+离子半径为, O2-离子半径为; a实际结构中的 Th4+的配位数与估量配位数是否一样?b结构满意鲍林规章否?2.15 氟化锂 LiF 为 NaCl 型结构,测得其密度为 径得到的数值进行比较;3,依据此数据运算晶胞参数,并将此值与你从离子半2.16 有效离子半径可以通
8、过晶体结构测定算出;在下面 NaCl 型结构晶体中,测得 MgS 和 MnS 的晶胞参数均为在这两种结构中,阴离子是相互接触的;假设 CaSa=0.567nm、 CaOa=0.480nm和MgOa=0.420nm 为一般阳离子 -阴离子接触,试求这些晶体中各离子的半径;2.17 Li2O 的结构是 O2-作面心立方积累,Li+占据全部四周体间隙位置,氧离子半径为;求:1运算负离子彼此接触式,四周体间隙所能容纳的最大阳离子半径,并与书末附表 Li+ 半径比较,说明此时 O2-能否相互接触; 2依据离子半径数据求晶胞参数:3求 Li 2O 的密度第三章【习 题】名师归纳总结 - - - - - -
9、 -第 2 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1 名词说明:萤石型和反萤石型;类质同晶和同质多晶;二八面体型与三八面体型;同晶取代与阳离子交换;尖晶石与反尖晶石;3.2 在氧离子面心立方密积累结构中,对于获得稳固结构各需何种价离子,并对每一种积累方式举一晶体实例说明之;其中:a全部八面体间隙位置均填满;b.全部四周体间隙位置均填满;c.填满一半八面体间隙位置; d填满一半四周体间隙位置;3.3 试说明: a MgAl 2O4 晶体结构中,按 r +/r -与 CN 关系, Mg2+、 Al 3+都填充八面体间隙,但在该结构中 Mg2+进入四周体间隙,Al3+
10、填充八面体间隙;b而在 MgFe2O4 结构中, Mg2+填充八面体间隙,而一半 Fe3+填充四周体间隙;c绿宝石和透辉石中 Si:O 都为 1:3,前者为环状结构,后者为链状结构;CaF2 的晶胞参数为;1依据 CaF2 晶胞立体图画出在 CaF2 晶胞在 001面上的投影图;2画出CaF2110面上的离子排列简图;3正负离子半径之和为多少?在萤石晶体中 Ca2+半径为, F半径为,求萤石晶体的积累密度?萤石晶体 a,求萤石的密度;3.6 Li2O 晶体, Li+的半径为, O2-的半径为,其密度为 3,求晶胞常数 a;晶胞中 Li 2O 的分子数;尖晶石和反尖晶石区分是什么?为什么在反尖晶
11、石结构中很多过渡金属离子填充规律并不完全按离子半径比?金红石结构中 42 螺旋轴为什么不在晶胞中心面在四边的中心?3.9 氯化钠、立方硫化锌ZnS、金刚石都是二套立方面心格子,交迭在一起为什么空间群有差异,是分析这些差异引起的缘由?3.10 同为碱土金属阳离子 Be2+、Mg 2+、Ca2+,其卤化物 BeF2和 SiO2结构同, MgF 2与 TiO 2金红石型结构同, CaF2就有萤石型结构,分析其缘由;3.11 金刚石结构中C 原子按面心立方排列,为什么其积累系数仅为34%?3.12 表达硅酸盐晶体结构分类原就及各种类型的特点,并举一例说明之;3.13 堇青石与绿宝石有相同结构,分析其有
12、显著的离子电导,较小的热膨胀系数的缘由;3.14 在透辉石CaMgSi 2O6晶体结构中, O2-与阳离子Ca2+、Mg2+、Si4+配位型式有哪几种,符合鲍林静电价规章吗?为什么?3.15 -石英中哪些方位有二次轴?指出详细位置?其压电性能为什么与方向有关?3.16 绿宝石和透辉石中 Si:O 都是 1: 3,为什么一个是环状结构,一个为链状结构?3.17 参阅教材中镁橄榄石结构图,结合网页上的模型,争论以下问题:1结构中有几种配位多面体,分析各种配位多面体之间的连接方式; 2运算镁橄榄石 Mg 2SiO 4晶胞的 “分子 ” 数”;3运算 Mg 2SiO 4晶胞中的八面体和四周体间隙数以及
13、 Mg2+和 Si4+所占四周体和八面体间隙的分数是多少?4运算图中左下方标高位 75 的 O2-的电价是否饱和?5写出与标高为 0 和 100 的 Mg2+相配位的 O2-的标高;3.17 以下硅酸盐矿结构各属何种结构类型,有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位置?CaMg Si 2O6Ca2Al Al SiO7 MgSi 4O10OH 2K Al Si3O8 Mg 2SiO 43.18 以绿宝石结构为例说明鲍林五规章?3.19 试画出叶腊石、滑石及蒙脱石结构草图,指出它们的区分;要求某一工程师鉴定从一种玻璃熔体结晶出来的某些片状晶体,X 射线衍射图指出它们是单相的只有一种晶体结构 ,但化
14、学分析说明它具有复杂的化学式 KF.AlF 2.BaO.MgO.Al2O3.5MgSiO4;假设请你当参谋,你能告知他这是白云母钾云母、滑石或叶腊石有关的晶体吗?指出这个晶体是在滑石或叶腊石中进行了何种置换而形成的?3.21 对以下现象给以说明:a在层状硅酸盐结构中,有一层八面体配位的 Al 和一层四周体配位的 Si;在这些结构中 Al 常常取代 Si,但 Si 不会取代 Al Si4+、Al3+和 O2-的离子半径分别为,和;b很多氧化物是以阴离子的立方积累为基础的,而较少以六方密堆为基础,尽管两者排列的密度相等;c硅酸盐结构由 SiO 4 四周体共顶连接成链状、环状、层状等结构;在磷酸盐
15、PO 43-和硫酸盐 SO 42-中也有相像的四面体,但常常是孤岛状结构, 不过 AlPO 4 却具有与石英 SiO2 类似的结构; d碱土金属氧化物 MgO 、SrO、BaO 均为 NaCl 型结构,这些化合物的硬度及熔点是按上述次序降低的;名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.22 a运算三角配位时正负离子半径比的下限;b对B3+, O2-r=0.140nm ,试预言其配位数;c通常试验观看的是三角配位,试作出说明;3.23 说明以下晶体: CsCl、NaCl、立方 ZnS、六方 ZnS、 CaF2、 TiO2
16、、-Al2O3、 MgAl2O4、 Mg2SiO4 所属晶系,正负离子积累情形,配位数和配位多面体的类型,连接方式,并指出各静电键强度;3.24 化学手册中给出 NH4Cl 的密度为 3,X 射线数据说明 NH4Cl 有两种晶体结构, 一种为 NaCl 型结构, ;另一种为 CsCl 结构,;上述密度值是哪一种晶型的?NH4+离子作为一个单元占据晶体点阵;3.25 MnS 有三种多晶体,其中两种为 NaCl 型结构,一种为立方 ZnS 型,当有结构立方 ZnS 转变为 NaCl型结构时,体积变化的百分数是多少?已知第四章CN=6 时, r Mn2+, r S2-; CN=4 时, r Mn2+
17、, rS2-;4.1. 名词说明:弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;固溶体;非化学计量化合物;刃型 位错和螺型位错;伯氏矢量;位错滑移;名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.2. 试述晶体结构中点缺陷的类型; 以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表 示符号 CaCl2 中 Ca 2+置换 KCl 中 K +或进入到 KCl 间隙中去的两种点缺陷反应表示式;4.3. 在缺陷反应方程式中,所谓位置平稳、电中性、质量平稳是指什么?4.4. 对某晶体的缺陷测定生成能为 的缺陷浓度;84kJ/mo1,运算该晶体在 1000K 和 1
18、500K 时4.5. 假设已知在 NaCl 晶体中形成一对正负离子空位的形成能,试运算当温度为 296K 时的肖特基缺陷浓度?4.6. 试写出在以下两种情形,生成什么缺陷?缺陷浓度是多少?在 Al 2O3 中,添加摩尔分数为的 Cr2O3,生成淡红宝石;在的 NiO,生成黄宝石;Al2O3中,添加摩尔分数为4.7. a在 CaF2晶体中,弗伦克尔缺陷形成能为,肖特基缺陷的生成能为,计 算在 25oC 和 1600oC 时热缺陷的浓度?假如 CaF2晶体中,含有百万分之 一的 YF 杂质,就在 1600时 CaF2 晶体中是热缺陷占优势仍是杂质缺陷占优势?说明缘由;4.8. 写出以下缺陷反应式:
19、1NaCl 溶于 CaCl 中形成空位型固溶体; 2CaCl 溶于 NaCl 中形成空位型 固溶体;3NaCl 形成肖特基缺陷; 4 AgI 形成弗伦科尔缺陷 Ag+进入间隙;4.9. 查出 MgO、CaO、AlO和 TiO 四种氧化物的正离子半径,电负性及晶体 结构类型;按离子大小、电子价、结构类型等因素估量以下各个二元系统,生成固溶体仍是化合物; MgO-CaO;MgO-TiO 2;MgO-Al 2O3;CaO-Al 2O3;CaO-TiO2;Al 2O3-TiO 2;查阅二元相图,校核估量结果的正确性;4.10. 试写出以下缺陷方程:TiO 2 Al 2 O 3;CaO ThO 2;Y
20、2 O 3 MgOAl 2 O 3 ZrO 24.11. 试写出少量 MgO 掺杂到 Al 2O3 中,少量 YF3 掺杂到 CaF2中的缺陷方程; 判定方程的合理性;写出每一方程对应的固溶式;4.12. ZnO 是六方晶系, a, b,每个晶胞中含两个 ZnO 分子,测得晶体密度 分别为 /cm3、/cm3,求这两种情形下各产生什么形式的固溶体?4.13. 对于 MgO、CaO、Al 2O3和 Cr2O3,其正、负离子半径比分别为、和; Al 2O3 和 Cr2O3形成连续固溶体;这个结果可能吗?为什么?试估量, 在 MgO-Cr 2O3 系统中的固溶度是有限仍是很大?为什么?名师归纳总结
21、4.14. Al 2O3 在 MgO 中将形成有限固溶体,在低共熔温度1995时,约有质量分第 5 页,共 24 页数为 18Al 2O3溶入 MgO 中,MgO 单位晶胞尺寸减小;试估量以下情形下密度 的变化; A13+为间隙离子; A13+为置换离子;4.15. 用 3 加入 CaF2 中形成固溶体,试验测得固溶体的晶胞参数 a,测得固溶体密度 /cm3,试运算说明固溶体的类型 元素的相对原子质量: ;MF=19.00;- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4.16. 对磁硫铁矿进行化学分析, 按分析数据的 Fe/S运算,得出两种可能的成分:Fe1-x
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