无机材料科学基础综合测试7.docx
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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:
Ca[Al2Si2O8]、KAl2[AlSi3O10](OH)2、Be3Al2[Si6O18]、Ca2Mg5[Si4O11](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TiO2-X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)Na2O·2SiO2 熔体 100℃/min冷却
(4)ZnCl2 熔体 100℃/min冷却
(5)Na2O·A12O3·2SiO2 熔体 100℃/min冷却
(6)Na2O·SiO2 熔体 100℃/min冷却
8.一种玻璃的摩尔组成为30mol%Na2O·10mol%Al2O3·60mol%SiO2,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1.72N/m,而Al2O3-液态银的界面张力为2.30N/m,则接触角为____________。
液态银能否润湿Al2O3瓷片?
____________。
10.某物质在800°C时扩散系数为10- 10cm2/s,在1200°C时为10- 4cm2/s,则该物质的扩散活化能为__________________kJ/mol。
11.1000℃时,由A向B的液固相变中,其单位体积自由焓变化DGV为-4.18×105kJ/m3,若A-B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.3 B.4 C.6 D.8
4.根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Al2[Si4O10](OH)2 B.镁橄榄石Mg2[SiO4]
B.顽火辉石Mg2[Si2O6] D.绿宝石Be3Al2[Si6O18]
6.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R2O-SiO2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R-O键力相连
B.因rLi+ 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Si-O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.<250kJ/mol B.<335kJ/mol C.250~335kJ/mol D.>250/mol 9.被同价阳离子所饱和的粘土,其ζ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5mol%SrO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。 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pH=7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: Ca[Al2Si2O8]、KAl2[AlSi3O10](OH)2、Be3Al2[Si6O18]、Ca2Mg5[Si4O11](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 2.09×10-4% 。 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Ni1-3xAl2xO。 5. 化合物TiO2-X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)Na2O·2SiO2 熔体 100℃/min冷却 (4)ZnCl2 熔体 100℃/min冷却 (5)Na2O·A12O3·2SiO2 熔体 100℃/min冷却 (6)Na2O·SiO2 熔体 100℃/min冷却 8. 一种玻璃的摩尔组成为30mol%Na2O·10mol%Al2O3·60mol%SiO2,则四个基本结构参数分别为Z= 4 ,R= 2.25 ,X= 0.5 ,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1.72N/m,而Al2O3-液态铁的界面张力为2.30N/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800°C时扩散系数为10-10cm2/s,在1200°C时为10-4cm2/s,则该物质的扩散活化能为 453.86 kJ/mol。 11. 1000℃时,由A向B的液固相变中,其单位体积自由焓变化DGV为-4.18×105kJ/m3,若A-B间的界面能为0.5J/m2,则临界晶核半径为 2.39 nm。 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,形成的四面体空隙数为(D) A.3 B.4 C.6 D.8 4.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Al2[Si4O10](OH)2 B.镁橄榄石Mg2[SiO4] B.顽火辉石Mg2[Si2O6] D.绿宝石Be3Al2[Si6O18] 6.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(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R2O-SiO2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R-O键力相连 B. 因rLi+ 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Si-O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 ) A.<250kJ/mol B.<335kJ/mol C.250~335kJ/mol D.>250/mol 9.被同价阳离子所饱和的粘土,其ζ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 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5mol%SrO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晶体的密度: 3.65g/cm3 (3)(2分)固溶体分子式: Li2-2xSrxO 即: Li1.9Sr0.05O (2分)固溶体的密度: 4.095g/cm3 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? 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)金斯特林格公式: 1-2/3G-(1-G)2/3=Kt (2分)K=5.81×10-3 h-1 (2分)完全反应所需要的时间 t=57.34 h 4.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DAFC、DAFB(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
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