1、无机材料科学基础综合测试7测试七一、名词解释（每小题3分，共18分）1同质多晶2肖特基缺陷3硼反常现象4阳离子交换容量5非均态核化6固相烧结二、填空（每小题2分，共24分）1在O2作面心立方密堆积的晶体中，为获得稳定结构，正离子将所有八面体空隙均填满的晶体有_；填满一半四面体空隙的晶体有_（请各举一例）。它们分别属于_和_型结构。2下列硅酸盐晶体矿物：CaAl2Si2O8、KAl2AlSi3O10(OH)2、Be3Al2Si6O18、Ca2Mg5Si4O11(OH)2分别属于_、_、_和_结构。3测定某单质晶体的弗仑克尔缺陷生成能为4ev，则该晶体在 1500时的缺陷浓度为_。4在Al2O3中
2、掺杂少量NiO生成黄宝石，经分析认为是形成置换型固溶体，则缺陷反应方程为_，固溶体分子式为_。5化合物TiO2X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是_，属于_型非化学计量化合物，应在_气氛下形成。6粘土粒子破键引起的荷电与介质的pH值有关，高岭土在酸性介质中边棱带_电荷；在碱性介质中边棱带_电荷。7将以下物质形成玻璃的难易程度排列一次序（由易至难用编号排列）_。（1）50%GeO2+50%SiO2 熔体 100/min冷却（2）50%GeO2+50%SiO2 气化到一个 0的薄板上（3）Na2O2SiO2熔体 100/min 冷却（4）ZnCl2 熔体 100/min 冷却（5）Na2O
3、A12O32SiO2 熔体 100/min 冷却（6）Na2OSiO2 熔体 100/min 冷却8一种玻璃的摩尔组成为30molNa2O10molAl2O360molSiO2，则四个基本结构参数分别为Z_，R_，X_，Y_。9高温下Al2O3瓷片的表面张力为0.90N/m，液态银的表面张力为1.72 N/m，而Al2O3液态银的界面张力为2.30 N/m，则接触角为_。液态银能否润湿Al2O3瓷片？_。10某物质在 800C时扩散系数为1010cm2/s，在 1200C时为104cm2/s，则该物质的扩散活化能为_kJ/mol。111000时，由A向B的液固相变中，其单位体积自由焓变化DGV
4、为4.18105kJ/m3，若AB间的界面能为0.5J/m2，则临界晶核半径为nm。12烧结过程的主要传质机理有：、和。三、选择（每小题2分，共24分）1硅砖与高铝砖不能砌筑在一起，其原因是（ ）A. SiO2的熔点比Al2O3的熔点低B. SiO2中混入少量的Al2O3会导致SiO2的熔点降低C. 莫来石的液相线比较平坦D. 莫来石的熔点太低，不能用作耐火材料2刚玉（a-Al2O3）结构中，所有O2作近似六方密堆积，Al3+填充（ ） A.四面体空隙 B.四面体空隙 C.八面体空隙 D.八面体空隙3作面心立方密堆积的单位晶胞中，形成的四面体空隙数为（ ） A. 3B. 4C. 6D. 84根
5、据硅酸盐晶体结构特点，下列四种说法哪个不正确（ ） A. 除岛状结构外，SiO4之间均用桥氧连接 B. 每个O2-最多与两个SiO4相连 C. 结构中Si4+与Al3+可以相互取代 D. Si4+之间都不直接成键5下列硅酸盐矿物，属于链状结构的是（ ） A. 叶腊石Al2Si4O10(OH)2 B. 镁橄榄石Mg2SiO4 B. 顽火辉石Mg2Si2O6 D. 绿宝石Be3Al2Si6O186硅酸盐物体中同时存在许多聚合程度不等负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加，O/Si比值增大，这时熔体中（ ） A. 高聚体数量增多 B. 高聚体数
6、量减少 C. 高聚体数量多于低聚体数量 D. 高聚体数量少于低聚体数量7在简单的二元碱金属硅酸盐熔体R2OSiO2中，正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响。当R2O含量较低，即O/Si比值较小时，降低粘度的次序为Li+Na+K+，这是因为（ ）A.SiO4连接方式已接近岛状，四面体基本上靠RO键力相连B.因rLi+rNa+rK+, LiO键力最强C.Li+的积聚作用最大，即吸引SiO4中O2来包围自己的能力最强D.SiO4间的键力是粘度的主要表征，R+半径愈小，对SiO4间的SiO键削弱能力愈强。8不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，处于网络外的氧化物（网络修饰体），其单键强度为（ ） A.
7、250kJ/mol B. 250/mol9被同价阳离子所饱和的粘土，其电位随阳离子半径的减少而（ ） A. 降低 B. 不变 C. 升高 D. 改变符号10粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后性能的变化规律以箭头表示（小大）的是（ ）H、Al3、Ba2、Sr2、Ca2、Mg2、NH3、K、Na、Li A. 泥浆的流动性 B. 泥浆的触变性 C. 泥浆的滤水性 D. 泥团的可塑性11粘土颗粒周围吸附着定向排列的水分子层和水化阳离子，这部分水称为（ ） A. 结构水 B. 牢固结合水 C. 松结合水 D. 自由水12在体积扩散传质为主的固相烧结过程中，进入烧结中期、后期时，若
8、温度和晶粒尺寸不变，则气孔率随烧结时间以（ ）关系而减少 A. B. C. D. t四、问答与计算（共34分）1.（8分）氧化锂（Li2O）属反萤石结构，其晶格常数a=37.9nm，离子半径rLi=6.8nm，rO2=13.4nm，（1）计算Li2O晶体的空间利用率；（2）计算Li2O晶体的密度；（3）若有5molSrO溶入Li2O中形成置换型固溶体，计算固溶体的密度（已知：原子量 Li 6.94 O 16.00 Sr 87.62）2.（8分）何谓二次再结晶？为什么想要获得致密的硅酸盐制品，必须防止或减缓二次再结晶过程？工艺上常采取哪些方法控制？3.（8分）MgO 与SiO2固相反应生成Mg2
9、SiO4是由扩散控制的加成。（1）反应时什么离子是扩散离子，请写出界面反应方程；（2）若用过量的SiO2粉包围MgO球形颗粒，在实验温度不变的情况下，2小时内有30的MgO被反应形成Mg2SiO4，上述MgO将在多少时间内反应完？计算完全反应所需要的时间。4.（10分）如图为ABC三元系统相图。（1）说明化合物D与F的性质；（2）划分三角形，判断各三元无变量点P、Q、R、S的性质，并写出相平衡方程；（3）用箭头标出DABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质；（4）画出AB、BC二元系统相图，并注明相区。答案七一、名词解释（每小题3分，共18分）1同质多晶解：化学组成相同的物质，在不同热
10、力学条件下结晶形成结构不同的晶体。2肖特基缺陷解：晶体中正常晶格结点位置上的质点获取能量后迁移至晶体的表面，而在晶体内正常晶格结点上留下空位。3硼反常现象解：由于B3配位数改变而引起玻璃性能曲线上出现转折的现象。4阳离子交换容量解：表征阳离子交换能力的指标，以pH7时，100克干粘土吸附某种阳离子的毫克当量数表示。5非均态核化解：在异相界面进行的成核过程（异相界面：表面、容器壁、气泡、杂质及晶核剂表面等）。6固相烧结解：由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，通过位置迁移使粉末体产生强度并导致致密化和在结晶的过程。二、填空（每小题2分，共24分）1.在O2作面心立方
11、密堆积的晶体中，为获得稳定结构，正离子将所有八面体空隙均填满的晶体有MgO（或CaO、BaO、SrO）；填满一半四面体空隙的晶体有BeO（请各举一例）。它们分别属于氯化钠和闪锌矿型结构。2.下列硅酸盐晶体矿物：CaAl2Si2O8、KAl2AlSi3O10(OH)2、Be3Al2Si6O18、Ca2Mg5Si4O11(OH)2分别属于架状、层状、六节环和_双链_结构。3.测定某单质晶体的弗仑克尔缺陷生成能为4ev，则该晶体在1500时的缺陷浓度为2.09104。4.在Al2O3中掺杂少量NiO生成黄宝石，经分析认为是形成置换型固溶体，则缺陷反应方程为，固溶体分子式为 Ni13xAl2xO。5.
12、化合物TiO2X由于在组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷是氧离子空位，属于缺氧型型非化学计量化合物，应在还原性气氛下形成。6.粘土粒子破键引起的荷电与介质的pH值有关，高岭土在酸性介质中边棱带正电荷；在碱性介质中边棱带负电荷。7.将以下物质形成玻璃的难易程度排列一次序（由易至难用编号排列）（2）（1）（5）（3）（6）（4）。（1）50%GeO2+50%SiO2 熔体 100/min冷却（2）50%GeO2+50%SiO2 气化到一个0的薄板上（3）Na2O2SiO2熔体 100/min 冷却（4）ZnCl2 熔体 100/min 冷却（5）Na2OA12O32SiO2 熔体 100/min
13、冷却（6）Na2OSiO2 熔体 100/min 冷却8.一种玻璃的摩尔组成为30molNa2O10molAl2O360molSiO2，则四个基本结构参数分别为Z4，R 2.25 ，X0.5，Y 3.5。9.高温下Al2O3瓷片的表面张力为0.90N/m，液态铁的表面张力为1.72 N/m，而Al2O3液态铁的界面张力为2.30 N/m，则接触角为144.5。液态铁能否润湿Al2O3瓷片？不能。10.某物质在800C时扩散系数为1010cm2/s，在1200C时为104cm2/s，则该物质的扩散活化能为 453.86kJ/mol。11.1000时，由A向B的液固相变中，其单位体积自由焓变化DG
14、V为4.18105kJ/m3，若AB间的界面能为0.5J/m2，则临界晶核半径为 2.39nm 。12.烧结过程的主要传质机理有：扩散传质、流动传质、蒸发冷凝传质和溶解沉淀。三、选择（每小题2分，共24分）1硅砖与高铝砖不能砌筑在一起，其原因是（ B ）A. SiO2的熔点比Al2O3的熔点低B. SiO2中混入少量的Al2O3会导致SiO2的熔点降低C. 莫来石的液相线比较平坦D. 莫来石的熔点太低，不能用作耐火材料2刚玉（a-Al2O3）结构中，所有O2作近似六方密堆积，Al3+填充（ D ） A.四面体空隙 B.四面体空隙 C.八面体空隙 D.八面体空隙3作面心立方密堆积的单位晶胞中，形
15、成的四面体空隙数为（ D ） A. 3B. 4C. 6D. 84根据硅酸盐晶体结构特点，下列四种说法哪个不正确（ C ） A. 除岛状结构外，SiO4之间均用桥氧连接 B. 每个O2-最多与两个SiO4相连 C. 结构中Si4+与Al3+可以相互取代 D. Si4+之间都不直接成键5下列硅酸盐矿物，属于链状结构的是（ B ） A. 叶腊石Al2Si4O10(OH)2 B. 镁橄榄石Mg2SiO4 B. 顽火辉石Mg2Si2O6 D. 绿宝石Be3Al2Si6O186硅酸盐物体中同时存在许多聚合程度不等负离子团，其种类、大小和复杂程度随熔体的组成和温度而变。当温度不变时，熔体中碱性氧化物含量增加
16、，O/Si比值增大，这时熔体中（ B ） A. 高聚体数量增多 B. 高聚体数量减少 C. 高聚体数量多于低聚体数量 D. 高聚体数量少于低聚体数量7在简单的二元碱金属硅酸盐熔体R2OSiO2中，正离子R+的含量对熔体的粘度颇具影响。当R2O含量较低，即O/Si比值较小时，降低粘度的次序为Li+Na+K+，这是因为（ D ）A.SiO4连接方式已接近岛状，四面体基本上靠RO键力相连B.因rLi+rNa+rK+, LiO键力最强C.Li+的积聚作用最大，即吸引SiO4中O2来包围自己的能力最强D.SiO4间的键力是粘度的主要表征，R+半径愈小，对SiO4间的SiO键削弱能力愈强。8不能单独形成玻
17、璃，但能改变网络结构，处于网络外的氧化物（网络修饰体），其单键强度为（ A ） A. 250kJ/mol B. 250/mol9被同价阳离子所饱和的粘土，其电位随阳离子半径的减少而（ C ） A. 降低B. 不变 C. 升高D. 改变符号10粘土的很多性能与吸附阳离子种类有关，当吸附下列不同阳离子后性能的变化规律 以箭头表示（小大）的是（ A ）H、Al3、Ba2、Sr2、Ca2、Mg2、NH3、K、Na、Li A. 泥浆的流动性 B. 泥浆的触变性 C. 泥浆的滤水性 D. 泥团的可塑性11粘土颗粒周围吸附着定向排列的水分子层和水化阳离子，这部分水称为（ B ） A. 结构水B. 牢固结合水
18、 C. 松结合水 D. 自由水12在体积扩散传质为主的固相烧结过程中，进入烧结中期、后期时，若温度和晶粒尺寸不变，则气孔率随烧结时间以（ D ）关系而减少 A. B. C. D. t四、问答与计算（共34分）1.氧化锂（Li2O）属反萤石结构，其晶格常数a=37.9nm，离子半径rLi=6.8nm，rO2=13.4nm，（1）计算Li2O晶体的空间利用率；（2）计算Li2O晶体的密度；（3）若有5molSrO溶入Li2O中形成置换型固溶体，计算固溶体的密度（已知：原子量 Li 6.94 O 16.00 Sr 87.62）（8分）解：（1）（2分）空间利用率：93.35 （2）（2分）Li2O晶
19、体的密度：3.65g/cm3（3）（2分）固溶体分子式：Li22xSrxO 即：Li1.9Sr0.05O （2分）固溶体的密度：4.095g/cm32.（8分）何谓二次再结晶？为什么想要获得致密的硅酸盐制品，必须防止或减缓二次再结晶过程？工艺上常采取哪些方法控制？解：（2分）当正常晶粒长大过程被杂质或气孔阻止后，当基质相中存在一些晶粒大得多，晶面多得多的晶粒，以致晶粒可以越过杂质或气孔继续推移，从而以大晶粒为晶核不断吞并周围小晶粒，而迅速长大成更大晶粒的过程称为二次再结晶。（3分）想要获得致密的硅酸盐制品，必须防止或减缓二次再结晶过程的原因：导致在晶粒比较均匀的基质中，出现少数大晶粒直至它们相
20、互接触为止。同时，气孔将脱离晶界进入晶粒内部成为闭气孔，不再能够利用晶界的快速通道，扩散途径增长而难于排除，从而烧结速率大为减慢甚至停止，致密度不在提高。（3分）工艺上常采用的方法：加入适当添加物；严格控制温度；保证起始物料颗粒细而均匀；采用热压烧结。3.（8分）MgO 与SiO2固相反应生成Mg2SiO4是由扩散控制的加成。（1）反应时什么离子是扩散离子，请写出界面反应方程；（2）若用过量的SiO2粉包围MgO球形颗粒，在实验温度不变的情况下，2小时内有30的MgO被反应形成Mg2SiO4，上述MgO将在多少时间内反应完？计算完全反应所需要的时间。解：（2分）Mg2、Si4为扩散离子：（2分
21、）金斯特林格公式：12/3G（1G）2/3Kt（2分）K5.81103h1 （2分）完全反应所需要的时间 t=57.34 h4. 如图为ABC三元系统相图。（1）说明化合物D与F的性质；（2）划分三角形，判断各三元无变量点P、Q、R、S的性质，并写出相平衡方程；（3）用箭头标出DABC边上及各界线上的温降方向，并判断各界线性质；（4）画出AB、BC二元系统相图，并注明相区。（10分）解：（1）（2分）D：低温分解、高温稳定不一致熔融二元化合物 F：高温分解、低温稳定二元化合物（2）（4分）划分出两个副三角形D AFC 、D AFB（图上示出） P：单转熔点 R：低共熔点 Q：双降点形式过渡点 S：双升点形式过渡点（3）（2分）e1S、P
