固体中的相结构复习题

1. 说明间隙固熔体与间隙化合物有什么异同。

2. 有序合金的原子排列有何特点？这种排列和结合键有什么关系？为什么许多有序合金在高温下变成无序？

3. 已知Cd,Zn,Sn,Sb等元素在Ag中的固熔度（摩尔分数）极限分别为

xCd42.5/102，

xZn20/102，

xSn12/102，

xSb7/102，它们的原子直

径分别为0.3042nm，0.314nm，0.316nm，0.3228nm，Ag为0.2883nm。试分析其固熔度（摩尔分数）极限差别的原因，并计算它们在固熔度（摩尔分数）极限时的电子浓度。

4. 试分析H、N、C、B在Fe和Fe中形成固熔体的类型、存在位置和固溶度（摩尔分数）。各元素的原子半径如下：H为0.046nm，N为0.071nm，C为0.077nm，B为0.091nm，Fe为0.124nm， Fe为0.126 nm。 5. 金属间化合物AlNi具有CsCl型结构，其点阵常数 a=0.2881nm,试计算其密度（Ni的相对原子质量为58.71，Al的相对原子质量为26.98）。

3Mg/m6. ZnS的密度为4.1，试由此计算两离子的中心距离。

xC8.9/1027. 碳和氮在Fe中的最大固熔度（摩尔分数）分别为，

xN10.3/102。已知C、N原子均位于八面体间隙，试分别计算八面体间隙

被C、N原子占据的百分数。

8. 为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？

9. 计算在NaCl内，钠离子的中心与下列各离子中心的距离（设Na和Cl的半径分别为0.097nm和0.181nm）。 1) 最近邻的正离子； 2) 最近邻的离子； 3) 次邻近的Cl离子；

-4) 第三邻近的Cl离子； 5) 最邻近的相同位置。 10. 某固熔体中含有氧化镁为

-xMgO30/1022x70/10，LiF。

22-Li,Mg,F,O1) 试问之质量分数为多少？

33g/cmg/cm2) 假设MgO的密度为3.6，LiF的密度为2.6，那么该固溶体

的密度为多少？

11. 非晶形材料的理论强度经计算为G/6~G/4，其中G为剪切模量。若=0.25，由其弹性性质试估计玻璃（非晶形材料）的理论强度（已知E=70000Mpa）。 12. 一陶瓷绝缘体在烧结后含有1％（以容积为准）的孔，其孔长为13.7mm的立方体。若在制造过程中，粉末可以被压成含有24％的孔，则模子的尺寸应该是多少？

13. 一有机化合物，其成分为

wC62.1/10222w27.6/10w10.3/10，H，O。

试写出可能的化合物名称。 14. 画出丁醇

C4H9OH的4种可能的异构体。

15. 一普通聚合物具有C2H2Cl2作为单体，其平均分子质量为60000u（取其各元素相对原子质量为Ar(C)12,Ar(H)1,Ar(Cl)35.5)。 1) 求其单体的质量； 2) 其聚合度为多少？ 16. 聚氯乙烯

(C2H3Cl)n被溶在有机溶剂中，设其C- C键长为0.154nm,且链中

键的数目x2n。

1) 分子质量为28500g的分子，其均方根的长度为多少？ 2) 如果均方根的长度只有⑴中的一半，则分子质量为多少？

17. 一聚合材料含有聚氯乙烯，其1个分子中有900个单体。如果每一个分子均能被伸展成直线分子，则求此聚合物可得到理论上的最大应变为多少（设C- C键中每1键长是0.154nm）？

18. 有一共聚物ABS，每一种的质量分数均相同，则单体的比为多少（A——丙烯晴；B——丁二烯；S——苯乙烯）？ 19. 尼龙-6是

HOCO(CH2)5NH2的缩合聚合物。

1) 给出此分子的结构。 2) 说明缩合聚合是如何发生的。

3) 当每摩尔的H2O形成时，所放出的能量为多少？已知不同的键：C-O，

H-N，C-N，H-O，其键能（kJ/mol）分别为360，430，305，500。

20. 试述硅酸盐结构的基本特点和类型。

21. 为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎？

22. 陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能。

1． 其比较如附表2.1所示。

附表2.1 间隙固溶体与间隙化合物的比较

类 别 相 同 点 晶体结构 不同点 机械性能 间隙固熔体 等非金属元素所组成 属于固熔体相，保持熔属于金属化合物相，形成不同剂的晶格类型 于其组元的新点阵 用化学分子式MX，M2X等表示 差 间隙化合物 一般都是由过渡族金属与原子半径较小的C，N，H，O，B表达式 用α、β、γ等表示 韧性好 强度、硬度较低，塑性、高硬度、高熔点，甥性、韧性

2． 有序固熔体，其中各组元原子分别占据各自的布拉菲点阵——称为分点阵，整个固熔体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，也叫超点阵或超结构。 这种排列和原子之间的结合能(键)有关。结合能愈大，原子愈不容易结合。如果异类原子间结合能小于同类原子间结合能，即EAB < (EAA十EBB)/2，则熔质原子呈部分有序或完全有序排列。

有序化的推动力是混合能参量(εm＝εAB－1/2(EAA+EBB))εm < 0，而有序化的阻力则是组态熵；升温使后者对于自由能的贡献(-TS)增加，达到某个临界温度以后，则紊乱无序的固熔体更为稳定，有序固熔体消失，而变成无序固熔体。

3． 在原子尺寸因素相近的情况下，上述元素在Ag中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响，即价电子浓度e/a是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因

素。它们的原子价分别为2，3，4，5价，Ag为1价，相应的极限固熔度时的电子浓度可用公式c＝ZA(1一xB)＋ZBxB

计算。式中，ZA，ZB分别为A，B组元的价电子数；xB为B组元的摩尔分数。上述元素在固溶度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为1.43，1.42，1.39，1.31。

4． Α-Fe为体心立方点阵，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，因而间隙半径很小：r四=0.291，R＝0.0361nm；r八＝0.154，R＝0.0191nm。 H，N，C，B等元素熔人。α-Fe中形成间隙固熔体，由于尺寸因素相差很大，所以固熔度(摩尔分数)都很小。例如N在α-Fe中的固熔度(摩尔分数)在590℃时达到最大值，约为WN＝0.1/l0-2，在室温时降至WN＝0.001/l0-2；C在α-Fe中的固溶度(摩尔分数)在727℃时达最大值，仅为WC＝0.02l8/10-2，在室温时降至WC＝0.006/10-2。所以，可以认为碳原子在室温几乎不熔于α-Fe中，微量碳原子仅偏聚在位错等晶体缺陷附近。假若碳原子熔入。α-Fe中时，它的位置多在α-Fe的八面体间隙中心，因为。α-Fe中的八面体间隙是不对称的，形为扁八面体，[100]方向上间隙半径r＝0.154R，而在[110]方向上，r＝0.633R，当碳原子熔入时只引起一个方向上的点阵畸变。硼原子较大，熔人间隙更为困难，有时部分硼原子以置换方式熔人。氢在α-Fe中的固熔度(摩尔分数)也很小，且随温度下降时迅速降低。

以上元素在γ-Fe。中的固熔度(摩尔分数)较大一些。这是因为γ-Fe具有面心立方点阵，原子堆积致密，间隙数目少，故间隙半径较大：rA＝0.414，R＝0.0522nm；r四＝0.225，R＝0.0284 nm。故上述原子熔入时均处在八面体间隙的中心。如碳在γ-Fe中最大固熔度(质量分数)为WC＝2.1l/10-2；氮在γ-Fe中的最大固熔度(质量分数)约为WN＝2.8/10-2。

5． 密度ρ＝5.97 g／cm3。

6． 两离子的中心距离为0.234 nm。

7． 碳原子占据10.2％的八面体间隙位置；氮原子占据12.5％的八面体间隙位置。

8． 这是因为形成固熔体时，熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。熔质与熔剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，熔解度越小。一般来说，间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。

9． 9 (1)0.278 nm；(2)0.393 nm(3)0.482 nm；(4)0.622 nm；(5)0.393 nm。

10． (1)WLi+＝16/10-2，WMg2+＝24/1020，WF-＝44/10-2，WO2—＝16/10-2 (2)该固熔体的密度ρ＝2.9 g／cm3。

0.4E0.4E~64之间，即4900～7000 MPa 11． 故理论强度介于

12． 模子的尺寸l＝15.0 mm。

62.110.327.6::5.2:10.2:1.73:6:112.0111.0079715.994

13．

C:H:O

故可能是丙酮。

14． 画出丁醇(C4H9OH)的4种可能的异构体如下：

15． (1)单体质量为12X2+1X2+35.5X2＝97 g／mol；(2)聚合度为 n＝60000/97＝620。

16． (1)均方根据长度4.65 nm；(2)分子质量m＝7125 g。

17． 理论上的最大应变为3380％。

18． 单体的摩尔分数为:X苯烯＝20/10-2，X丁二烯＝40/10-2，X丙烯晴＝40/10-2

19． （1）和（2）如下：

(3)每摩尔的水(0.6X1024)形成时，需要消去0.6X1024的C—O及N—H键，同时形成0．6X1024的C—N及H—O键。 净能量变化为-15 kJ／mol。

20． 硅酸盐结构的基本特点：

(1)硅酸盐的基本结构单元是[Si04]四面体，硅原子位于氧原子四面体的间隙中。硅—氧之间的结合键不仅是纯离子键，还有相当的共价键成分。 (2)每一个氧最多只能被两个[Si04]四面体所共有。

(3)[Si04]四面体可以是互相孤立地在结构中存在，也可以通过共顶点互相连接。

(4)Si—O--Si的结合键形成一折线。

硅酸盐分成下列几类： (1)含有有限硅氧团的硅酸盐； (2)链状硅酸盐； (3)层状硅酸盐； (4)骨架状硅酸盐。

21． 因为大多数陶瓷主要由晶相和玻璃相组成，这两种相的热膨胀系数相差较大，由高温很快冷却时，每种相的收缩不同，所造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。

22． 陶瓷材料中主要的结合键是离子键及共价键。由于离子键及共价键很强，故陶瓷的抗压强度很高，硬度极高。因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，故陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好，耐高温，化学稳定性高。