無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)習(xí)題及解答

1、第一章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷習(xí)題與解答1.1 名詞解釋（a）弗倫克爾缺陷與肖特基缺陷；（b）刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)解：（a）當(dāng)晶體熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開(kāi)平衡位置而擠到晶格點(diǎn)的間隙中，形成間隙原子，而原來(lái)位置上形成空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。如果正常格點(diǎn)上原子，熱起伏后獲得能量離開(kāi)平衡位置，躍遷到晶體的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。（b）滑移方向與位錯(cuò)線垂直的位錯(cuò)稱為刃型位錯(cuò)。位錯(cuò)線與滑移方向相互平行的位錯(cuò)稱為螺型位錯(cuò)。1.2試述晶體結(jié)構(gòu)中點(diǎn)缺陷的類型。以通用的表示法寫(xiě)出晶體中各種點(diǎn)缺陷的表示符號(hào)。試舉例寫(xiě)出cacl2中ca2+置換kcl中k+或進(jìn)入到kcl間隙中去的

2、兩種點(diǎn)缺陷反應(yīng)表示式。 解：晶體結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)缺陷類型共分：間隙原子、空位和雜質(zhì)原子等三種。在mx晶體中，間隙原子的表示符號(hào)為mi或xi；空位缺陷的表示符號(hào)為：vm或vx。如果進(jìn)入mx晶體的雜質(zhì)原子是a，則其表示符號(hào)可寫(xiě)成：am或ax（取代式）以及ai（間隙式）。當(dāng)cacl2中ca2+置換kcl中k+而出現(xiàn)點(diǎn)缺陷，其缺陷反應(yīng)式如下：cacl2+2clclcacl2中ca2+進(jìn)入到kcl間隙中而形成點(diǎn)缺陷的反應(yīng)式為：cacl2+2 +2clcl1.3在缺陷反應(yīng)方程式中，所謂位置平衡、電中性、質(zhì)量平衡是指什么？ 解：位置平衡是指在化合物maxb中，m格點(diǎn)數(shù)與x格點(diǎn)數(shù)保持正確的比例關(guān)系，即m：x=a：b

3、。電中性是指在方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì)量平衡是指方程式兩邊應(yīng)保持物質(zhì)質(zhì)量的守恒。1.4（a）在mgo晶體中，肖特基缺陷的生成能為6ev，計(jì)算在25和1600時(shí)熱缺陷的濃度。 （b）如果mgo晶體中，含有百萬(wàn)分之一mol的al2o3雜質(zhì)，則在1600時(shí)，mgo晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？說(shuō)明原因。解：（a）根據(jù)熱缺陷濃度公式： exp（）由題意 g=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19j k=1.38×10-23 j/k t1=25+273=298k t2=1600+273=1873k 298k： exp=1.9

4、2×10-511873k： exp=8×10-9（b）在mgo中加入百萬(wàn)分之一的al2o3雜質(zhì)，缺陷反應(yīng)方程為：此時(shí)產(chǎn)生的缺陷為 雜質(zhì)。而由上式可知：al2o3= 雜質(zhì)當(dāng)加入10-6 al2o3時(shí)，雜質(zhì)缺陷的濃度為 雜質(zhì)=al2o3=10-6由（a）計(jì)算結(jié)果可知：在1873 k， 熱=8×10-9顯然： 雜質(zhì) 熱，所以在1873 k時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)。1.5對(duì)某晶體的缺陷測(cè)定生成能為84kj/mol，計(jì)算該晶體在1000k和1500k時(shí)的缺陷濃度。解：根據(jù)熱缺陷濃度公式： exp（）由題意 g=84kj/mol=84000j/mol則 exp（）其中r=8.314j

5、/mol·k當(dāng)t1=1000k時(shí)， exp（）= exp=6.4×10-3 當(dāng)t2=1500k時(shí)， exp（）= exp=3.45×10-2 1.6試寫(xiě)出在下列二種情況，生成什么缺陷？缺陷濃度是多少？（a）在al2o3中，添加0.01mol%的cr2o3，生成淡紅寶石（b）在al2o3中，添加0.5mol%的nio，生成黃寶石。解：（a）在al2o3中，添加0.01mol%的cr2o3，生成淡紅寶石的缺陷反應(yīng)式為：cr2o3生成置換式雜質(zhì)原子點(diǎn)缺陷。其缺陷濃度為：0.01%×0.004%4×10-3 % （b）當(dāng)添加0.5mol%的nio在al

6、2o3中，生成黃寶石的缺陷反應(yīng)式為：2nio2oo生成置換式的空位點(diǎn)缺陷。其缺陷濃度為：0.5%×0.3%1.7非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周圍氧氣的分壓，非化學(xué)計(jì)量化合物fe1-xo及zn1+xo的密度將發(fā)生怎樣變化？增大？減少？為什么？解：（a）非化學(xué)計(jì)量化合物fe1-xo，是由于正離子空位，引起負(fù)離子過(guò)剩：2fe fe+ o2(g)2fe+ v+oo o2(g)oo + v+2h按質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù)k= 由此可得 v po1/6即：鐵空位的濃度和氧分壓的1/6次方成正比，故當(dāng)周圍分壓增大時(shí)，鐵空位濃度增加，晶體質(zhì)量減小，則fe1-xo的密度也

7、將減小。（b）非化學(xué)計(jì)量化合物zn1+xo，由于正離子填隙，使金屬離子過(guò)剩：zno+2e+ o2(g) 根據(jù)質(zhì)量作用定律k= e2得 po-1/6即：間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大周圍氧分壓，間隙離子濃度減小，晶體質(zhì)量減小，則zn1+xo的密度也將減小。 1.8非化學(xué)計(jì)量化合物fexo中，fe3+/fe2+=0.1，求fexo中的空位濃度及x值。 解： 非化學(xué)計(jì)量化合物fexo，可認(rèn)為是(mol)的fe2o3溶入feo中，缺陷反應(yīng)式為：fe2o32fe+ v+3oo 2 此非化學(xué)計(jì)量化合物的組成為：fe feo已知：fe3+/fe2+0.1則： 0.044x2+(13)10.

8、956又：v3+ 0.044正常格點(diǎn)數(shù)n1+x1+0.9561.956空位濃度為 1.9 非化學(xué)計(jì)量氧化物tio2-x的制備強(qiáng)烈依賴于氧分壓和溫度：（a）試列出其缺陷反應(yīng)式。（b）求其缺陷濃度表達(dá)式。解：非化學(xué)計(jì)量氧化物tio2-x，其晶格缺陷屬于負(fù)離子缺位而使金屬離子過(guò)剩的類型。（a）缺陷反應(yīng)式為：2ti tio22+3oooo+2e+o2（b）缺陷濃度表達(dá)式： v 1.10試比較刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)。解：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)見(jiàn)表1-1所示。表1-1 刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn) 刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)與柏格斯矢量的位置關(guān)系柏格斯矢量與刃性位錯(cuò)線垂直柏格斯矢量與螺型位錯(cuò)線平行位錯(cuò)分類刃性

9、位錯(cuò)有正負(fù)之分螺形位錯(cuò)分為左旋和右旋位錯(cuò)是否引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)引起晶體畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∫鹁w畸變和形成應(yīng)力場(chǎng)，且離位錯(cuò)線越遠(yuǎn)，晶格畸變?cè)叫∥诲e(cuò)類型只有幾個(gè)原子間距的線缺陷只有幾個(gè)原子間距的線缺陷第二章 固溶體習(xí)題與解答2.1試述影響置換型固溶體的固溶度的條件。解：1、 離子尺寸因素 從晶體穩(wěn)定性考慮，相互替代的離子尺寸愈相近，則固溶體愈穩(wěn)定。若以r1和r2分別代表半徑大和半徑小的兩種離子的半徑。當(dāng)它們半徑差< 15%時(shí)，形成連續(xù)置換型固溶體。若此值在1530%時(shí)，可以形成有限置換型固溶體。而此值>30%時(shí)，不能形成固溶體。2、晶體的結(jié)構(gòu)類型 形

10、成連續(xù)固溶體的兩個(gè)組分必須具有完全相同的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)不同最多只能生成有限固溶體。3、離子的電價(jià)因素 只有離子價(jià)相同或復(fù)合替代離子價(jià)總和相同時(shí)，才可能形成連續(xù)置換型固溶體。4、電負(fù)性因素 電負(fù)性相近，有利于固溶體的生成。2.2 從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。解：從化學(xué)組成、相組成考慮，固溶體、化合物和機(jī)械混合物的區(qū)別 列下表2-1比較之 。表2-1 固溶體、化合物和機(jī)械混合物比較（以ao溶質(zhì)溶解在b2o3溶劑中為例） 比 較 項(xiàng)固 溶 體化 合 物機(jī) 械 混 合 物化學(xué)組成b2-xaxo(x =02)ab2o4ao+b2o3相組成均勻單相單相兩相有界面2.3試

11、闡明固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物三者之間的異同點(diǎn)。列出簡(jiǎn)明表格比較。解：固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物都屬晶體結(jié)構(gòu)缺陷，但它們又各有不同，現(xiàn)列表2-2比較之。表2-2 固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計(jì)量化合物比較分類形成原因形成條件缺陷反應(yīng)固溶式溶解度熱缺陷肖特基缺陷晶 格 熱 振 動(dòng)0k以上0mx只受溫度控制弗倫克爾缺陷mm = xx= mx固溶體無(wú)限置換型固溶體摻 雜 溶 解 < 15% ， a2+電價(jià)=b2+電價(jià)，ao結(jié)構(gòu)同bo，電負(fù)性相近 aob1-xaxo受溫度控制x=01有限固溶體間隙型間隙離子半徑小，晶體結(jié)構(gòu)開(kāi)放，空隙大yf3摻雜量<固溶度，受溫度控制組分缺陷 &

12、lt; 30% ，ca2+電價(jià)zr4+電價(jià)2caocao摻雜量<固溶度，受溫度控制非化學(xué)計(jì)量化合物陽(yáng)離子缺位環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化變價(jià)元素氧化物在氧化氣氛中o2(g)2fe+ v+ooh po陰離子間隙o2(g)+u(2h) 陽(yáng)離子間隙變價(jià)元素氧化物在還原氣氛中zno+2e+o2(g) 陰離子缺位oo+2+o2(g) v 2.4試寫(xiě)出少量mgo摻雜到al2o3中和少量yf3摻雜到caf2中的缺陷方程。（a）判斷方程的合理性。（b）寫(xiě)出每一方程對(duì)應(yīng)的固溶式。解： 3mgo2+ +3oo （1）2mgo2+ +2oo （2） yf3y +f+2ff （3） 2yf32y +6ff （4）

13、（a）書(shū)寫(xiě)缺陷方程首先考慮電價(jià)平衡，如方程（1）和（4）。在不等價(jià)置換時(shí)，3mg2+ 2al3+ ；2y3+ 3ca2+。這樣即可寫(xiě)出一組缺陷方程。其次考慮不等價(jià)離子等量置換，如方程（2）和（3）2mg2+ 2al3+ ；y3+ ca2+。這樣又可寫(xiě)出一組缺陷方程。在這兩組方程中，從結(jié)晶化學(xué)的晶體穩(wěn)定性考慮，在離子晶體中除螢石型晶體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生間隙型固溶體以外，由于離子晶體中陰離子緊密堆積，間隙陰離子或陽(yáng)離子都會(huì)破壞晶體的穩(wěn)定性。因而間隙型缺陷在離子晶體中（除螢石型）較少見(jiàn)。上述四個(gè)方程以（2）和（3）較合理。當(dāng)然正確的判斷必須用固溶體密度測(cè)定法來(lái)決定。 （b）(1) (2) (3) (4)

14、2.5一塊金黃色的人造黃玉，化學(xué)分析結(jié)果認(rèn)為，是在al2o3中添加了0.5mol%nio和0.02mol% cr2o3。試寫(xiě)出缺陷反應(yīng)方程（置換型）及化學(xué)式。解：nio和cr2o3固溶入al2o3的缺陷反應(yīng)為：2nio2+ +2oo cr2o3固溶體分子式為：cr取1mol試樣為基準(zhǔn)，則m0.005 ； m0.0002 ； m10.0050.00020.9948 2nio 2al2 o3 cr2 o3 al2 o3 取代前al2o3所占晶格為：0.99480.005/20.00020.9975mol (al2o3)取代后各組分所占晶格分別為：al2o3： molnio： molcr2 o3：

15、mol取代后，固溶體的分子式為：0.9973 al2o3·0.005 nio ·0.0002 cr2 o3或al1.9946ni 0.005cr0.0004 o2.9975x=0.005, y=0.00041.9946=20.0050.0004=2xy2.9975=3x2.6 zno是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每個(gè)晶胞中含2個(gè)zno分子，測(cè)得晶體密度分別為2.74，2.606 g/cm3，求這兩種情況下各產(chǎn)生什么型式的固溶體？解：六方晶系的晶胞體積v=4.73cm3在兩種密度下晶胞的重量分別為w1=d1v=2.74×4.73×

16、10-23=2.72×10-22(g)w2=d2v=2.606×4.73×10-23=2.65×10-22(g)理論上單位晶胞重w= =2.69(g)密度是d1時(shí)為間隙型固溶體，是d2時(shí)為置換型固溶體。2.7對(duì)于mgo、al2o3和cr2o3，其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40。al2o3和cr2o3形成連續(xù)固溶體。 (a) 這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？ (b) 試預(yù)計(jì)，在mgocr2o3系統(tǒng)中的固溶度是有限還是很大？為什么？解：（a）al2o3與cr2o3有可能形成連續(xù)固溶體。因?yàn)椋?10%15%結(jié)構(gòu)類型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)。（b）對(duì)于m

17、gocr2o3系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)類型相差較大，前者為nacl型，后者為剛玉型。雖然=14.89%15%，也不可能形成完全互溶的固溶體，而只能是有限固溶。2.8 al2o3在mgo中將形成有限固溶體，在低共熔溫度1995時(shí)，約有18wt% al2o3溶入mgo中，mgo單位晶胞尺寸減小。試預(yù)計(jì)下列情況下密度的變化。(a) al3+為間隙離子， (b) al3+為置換離子。解：(a) al3+為間隙離子：缺陷反應(yīng)為： （1）固溶式分子式： （2）（b）al3+為置換離子：缺陷反應(yīng)為：+ （3）固溶式分子式： （4）取100g試樣為基準(zhǔn)：（為摩爾數(shù)）m0.176 (m為摩爾數(shù))mmgo2.035mgo中

18、固溶18%wt的al2o3后的分子式為：2.035 mgo·0.176 al2o3或mg2.035al0.352o2.563 (5)（5）式各項(xiàng)除以2.563得mg0.794al0.137o (6)由（6）式得x=0.137代入（2）（4）式，對(duì)（a）有即mg0.794al0.137o（b）有mg0.794al0.137o設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，則密度變化為： （，分別代表固溶前后密度）所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。2.9用0.2mol yf3加入caf2中形成固溶體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得固溶體的晶胞參數(shù)a=0.55nm，測(cè)得固溶體密度=3.64g/cm3，試計(jì)算說(shuō)明固溶體的類型？（元素

19、的相對(duì)原子質(zhì)量：y=88.90；ca=40.08；f=19.00）解：yf3加入caf2的缺陷反應(yīng)方程如下： yf3y +f+2ff (1) 2yf32y +v +6ff (2)方程（1）和（2）的固溶式：(1)ca1-xyxf2+x (2) ca(1-3/2x)yxf2按題意x=0.2代入上述固溶式得：間隙型固溶體分子式為ca0.8y0.2f2.2置換型固溶體分子式為ca0.7y0.2f2；它們的密度分別設(shè)為1和2。caf2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個(gè)螢石分子。1=3.659（g/cm3）2=3.346（g/cm3）由1與2計(jì)算值與實(shí)測(cè)密度=3.64g/cm3比較，1值接近3.64g/c

20、m3，因此0.2mol yf3加入caf2中形成間隙型固溶體。 第三章 熔體和非晶態(tài)固體3.1 說(shuō)明熔體中聚合物形成過(guò)程？ 答：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€(gè)階段 初期：石英的分化； 中期：縮聚并伴隨變形； 后期：在一定時(shí)間和一定溫度下，聚合和解聚達(dá)到平衡。 3.2 簡(jiǎn)述影響熔體粘度的因素？ 答：影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。 堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。 隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。 3.3 名詞解釋（并比較其異同） 答：晶子學(xué)說(shuō)：玻璃內(nèi)部是由無(wú)數(shù)“晶子”組成，微晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)域。它們分散在無(wú)定形介中質(zhì)，晶子向無(wú)定

21、形部分過(guò)渡是逐漸完成時(shí)，二者沒(méi)有明顯界限。 無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個(gè)三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來(lái)的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無(wú)數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒(méi)有規(guī)律性。 單鍵強(qiáng)：?jiǎn)捂I強(qiáng)即為各種化合物分解能與該種化合物配位數(shù)的商。 分化過(guò)程：架狀sio4斷裂稱為熔融石英的分化過(guò)程。 縮聚過(guò)程：分化過(guò)程產(chǎn)生的低聚化合物相互發(fā)生作用，形成級(jí)次較高的聚合物，次過(guò)程為縮聚過(guò)程。 網(wǎng)絡(luò)形成劑：正離子是網(wǎng)絡(luò)形成離子，對(duì)應(yīng)氧化物能單獨(dú)形成玻璃。即凡氧化物的單鍵能/熔點(diǎn)0.74kj/mol.k 者稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑。 網(wǎng)絡(luò)

22、變性劑：這類氧化物不能形成玻璃，但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變，即單鍵強(qiáng)/熔點(diǎn) 0.125kj/mol.k者稱為網(wǎng)絡(luò)變形劑。 3.4 試用實(shí)驗(yàn)方法鑒別晶體sio2、sio2玻璃、硅膠和sio2熔體。它們的結(jié)構(gòu)有什么不同？ 答：利用x射線檢測(cè)。 晶體sio2質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)律的排列，各向異性。sio2熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為架狀，近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序。 sio2玻璃各向同性。 硅膠疏松多孔。 3.5 玻璃的組成是13wt%na2o、13wt%cao、74wt%sio2，計(jì)算橋氧分?jǐn)?shù)？ 解：   na2o cao sio2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 m

23、ol% 12.6 13.8 73.6 r=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39 z=4 x=2rz=2.39×24=0.72 y=zx= 40.72=3.28 氧橋%=3.28/（3.28×0.5+0.72） =69.5% 3.6 有兩種不同配比的玻璃，其組成如下： 序號(hào) na2o(wt%) al2o3(wt%) sio2(wt%) 1 8 12 80 2 12 8 80 試用玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明兩種玻璃高溫下粘度的大小？ 解：對(duì)于1：z=4 r1=o/si=2.55 x1=2r14=1.1 y1=zx1= 41.1=2.9 對(duì)于2：r2= o

24、/si=2.45 x2=2r24=0.9 y2= 4x2= 40.9=3.1 y1y2 序號(hào)1的玻璃組成的粘度比序號(hào)2的玻璃小。 3.7 在sio2中應(yīng)加入多少na2o，使玻璃的o/si=2.5，此時(shí)析晶能力是增強(qiáng)還是削弱？ 解：設(shè)加入x mol的na2o，而sio2的量為y mol。 則o/si=（x+2y）/ y =2.5 x=y/2 即二者的物質(zhì)量比為1:2時(shí)，o/si=2.5。 因?yàn)閛/si增加了，粘度下降，析晶能力增強(qiáng)了。 3.8 有一種平板玻璃組成為14na2o13cao73sio2（wt%重量百分比），其密度為2.5g/cm3, 計(jì)算玻璃的原子堆積系數(shù)（afp）為多少？計(jì)算該玻璃

25、的結(jié)構(gòu)參數(shù)值？ 解：該玻璃的平均分子量 gm=0.14×62+0.13×56+0.73×60.02=59.77 在1Å3中原子數(shù)為 n=no/gm=2.5×10-24×6.02×1023/59.77 =0.252個(gè)/Å3 在1Å3原子所占體積 v=0.0252×4/30.14×2×0.983+0.13×1.063+0.73×0.393+（0.14+0.13+0.73×2）×1.323 =0.4685 afp=0.46  結(jié)構(gòu)參

26、數(shù)：   na2o cao sio2 wt% 14 13 73 mol 0.23 0.23 1.22 mol% 13.7 13.7 72.6 r=(13.7+13.7+72.6 ×2)/ 72.6=2.38 z=4 x=2rz=2.38×24=0.76 y=zx= 40.76=3.24 3.9 試比較硅酸鹽玻璃與硼酸鹽玻璃在結(jié)構(gòu)與性能上的差異。 答：結(jié)構(gòu)差異：硅酸鹽玻璃：石英玻璃是硅酸鹽玻璃的基礎(chǔ)。石英玻璃是硅氧四面體sio4以頂角相連而組成的三維架狀結(jié)構(gòu)。由于siosi鍵角變動(dòng)范圍大，使石英玻璃中sio4四面體排列成無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。sio2是硅酸鹽玻璃中的主要氧

27、化物。 硼酸鹽玻璃：b和o交替排列的平面六角環(huán)的bo集團(tuán)是硼酸鹽玻璃的重要基元，這些環(huán)通過(guò)bob鏈連成三維網(wǎng)絡(luò)。b2o3是網(wǎng)絡(luò)形成劑。這種連環(huán)結(jié)構(gòu)與石英玻璃硅氧四面體的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)不同，任何ob三角體的周圍空間并不完全被臨接的三角體所填充，兩個(gè)原子接近的可能性較小。 性能差異：硅酸鹽玻璃：試劑和氣體介質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 硼酸鹽玻璃：硼酸鹽玻璃有某些優(yōu)異的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的轉(zhuǎn)化溫度比硅酸鹽玻璃低得多；硼對(duì)中子射線的靈敏度高，硼酸鹽玻璃作為原子反應(yīng)堆的窗口對(duì)材料起屏蔽中子射線的作用。 3.10 解釋硼酸鹽玻璃的硼反常現(xiàn)象？

28、 答：硼反?，F(xiàn)象：隨著na2o（r2o）含量的增加，橋氧數(shù)增大，熱膨脹系數(shù)逐漸下降。當(dāng)na2o含量達(dá)到15%16%時(shí)，橋氧又開(kāi)始減少，熱膨脹系數(shù)重新上升，這種反?，F(xiàn)象就是硼反?，F(xiàn)象。 硼反?，F(xiàn)象原因：當(dāng)數(shù)量不多的堿金屬氧化物同b2o3一起熔融時(shí)，堿金屬所提供的氧不像熔融sio2玻璃中作為非橋氧出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，而是使硼轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓸蜓踅M成的硼氧四面體。致使b2o3玻璃從原來(lái)二度空間層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并使玻璃的各種物理性能變好。這與相同條件下的硅酸鹽玻璃性能隨堿金屬或堿土金屬加入量的變化規(guī)律相反。第四章 相平衡1. 解釋下列名詞：解：凝聚系統(tǒng)：不含氣相或氣相可以忽

29、略的系統(tǒng)。介穩(wěn)平衡：即熱力學(xué)非平衡態(tài)，能量處于較高狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。低共熔點(diǎn)：是一種無(wú)變量點(diǎn)，系統(tǒng)冷卻時(shí)幾種晶相同時(shí)從熔液中析出，或加熱時(shí)同時(shí)融化。雙升點(diǎn)：處于交叉位的單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。雙降點(diǎn)：處于共軛位的雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。馬鞍點(diǎn)：三元相圖界線上溫度最高點(diǎn)，同時(shí)又是二元系統(tǒng)溫度的最低點(diǎn)。連線規(guī)則：將一界線（或其延長(zhǎng)線）與相應(yīng)的連線（或其延長(zhǎng)線）相交，其交點(diǎn)是該界線上的溫度最高點(diǎn)。切線規(guī)則：將界線上某一點(diǎn)所作的切線與相應(yīng)的連線相交，如交點(diǎn)在連線上，則表示界線上該處具有共熔性質(zhì)；如交點(diǎn)在連線的延長(zhǎng)線上，則表示界線上該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相被回吸。三角形規(guī)則：原始熔體組成點(diǎn)所在副三角形的三個(gè)頂點(diǎn)

30、表示的物質(zhì)即為其結(jié)晶產(chǎn)物；與這三個(gè)物質(zhì)相應(yīng)的初初晶區(qū)所包圍的三元無(wú)變量點(diǎn)是其結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)。重心規(guī)則：如無(wú)變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的重心位，則該無(wú)變點(diǎn)為低共熔點(diǎn)：如無(wú)變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的交叉位，則該無(wú)變點(diǎn)為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)；如無(wú)變點(diǎn)處于其相應(yīng)副三角形的共軛位，則該無(wú)變點(diǎn)為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。2. 從sio2的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象說(shuō)明硅酸鹽制品中為什么經(jīng)常出現(xiàn)介穩(wěn)態(tài)晶相？解：在573以下的低溫，sio2的穩(wěn)定晶型為b 石英，加熱至573轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匦偷腶 石英，這種轉(zhuǎn)變較快；冷卻時(shí)在同一溫度下以同樣的速度發(fā)生逆轉(zhuǎn)變。如果加熱速度過(guò)快，則a 石英過(guò)熱而在1600時(shí)熔融。如果加熱速度很慢，則在870轉(zhuǎn)變?yōu)閍 鱗石英。a 鱗石英在

31、加熱較快時(shí)，過(guò)熱到1670時(shí)熔融。當(dāng)緩慢冷卻時(shí)，在870仍可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍 石英；當(dāng)迅速冷卻時(shí)，沿虛線過(guò)冷，在163轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的b 鱗石英，在117轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的g 鱗石英。加熱時(shí)g 鱗石英仍在原轉(zhuǎn)變溫度以同樣的速度先后轉(zhuǎn)變?yōu)閎 鱗石英和a 鱗石英。a 鱗石英緩慢加熱，在1470時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閍 方石英，繼續(xù)加熱到1713熔融。當(dāng)緩慢冷卻時(shí)，在1470時(shí)可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍 鱗石英；當(dāng)迅速冷卻時(shí)，沿虛 線過(guò)冷，在180270轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)狀態(tài)的b 方石英；當(dāng)加熱b 方石英仍在180270迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的a 方石英。熔融狀態(tài)的sio2由于粘度很大，冷卻時(shí)往往成為過(guò)冷的液相石英玻璃。雖然它是介穩(wěn)態(tài)，由于粘度很

32、大在常溫下可以長(zhǎng)期不變。如果在1000以上持久加熱，也會(huì)產(chǎn)生析晶。熔融狀態(tài)的sio2，只有極其緩慢的冷卻，才會(huì)在1713可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)閍 方石英。對(duì)sio2的相圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，sio2的所有處于介穩(wěn)狀態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓都比相同溫度范圍內(nèi)處于熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)的熔體的飽和蒸汽壓高。而理論和實(shí)踐證明，在給定的溫度范圍，具有最小蒸汽壓的相一定是最穩(wěn)定的相。所以由于晶型轉(zhuǎn)變速度不同，在不同的加熱或冷卻速率下，硅酸鹽制品中經(jīng)常出現(xiàn)介穩(wěn)態(tài)晶相。3. sio2具有很高的熔點(diǎn)，硅酸鹽玻璃的熔制溫度也很高。現(xiàn)要選擇一種氧化物與sio2在800的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃，請(qǐng)問(wèn)，選何種氧化物？加入量是多少？解：根據(jù)

33、na2osio2系統(tǒng)相圖可知最低共熔點(diǎn)為799。故選擇na2o能與sio2在800的低溫下形成均一的二元氧化物玻璃。4. 具有不一致熔融二元化合物的二元相圖圖10-12（c）在低共熔點(diǎn)e發(fā)生如下析晶過(guò)程：la+c，已知e點(diǎn)的b含量為20%，化合物c的b含量為64%。今有c1，c2兩種配料，已知c1中b含量是c2中b含量的1.5倍，且在高溫熔融冷卻析晶時(shí)，從該二配料中析出的初相（即達(dá)到低共熔溫度前析出的第一種晶體）含量相等。請(qǐng)計(jì)算c1，c2的組成。解：設(shè)c2中b含量為x, 則c1中b含量為1.5x，由題意得： 所以c1組成b含量為26，c2組成b含量為17.3。5. 已知a，b兩組分構(gòu)成具有低共

34、熔點(diǎn)的有限固溶體二元相圖圖10-12（i）。試根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制相圖的大致形狀：a的熔點(diǎn)為1000，b的熔點(diǎn)為700。含b為0.25mol的試樣在500完全凝固，其中含0.733 mol初相和0.267mol（）共生體。含b為0.5mol的試樣在同一溫度下完全凝固，其中含0.4 mol初相和0.6mol（）共生體，而相總量占晶相總量的50%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)定。解：設(shè)c點(diǎn)含b為x%,e點(diǎn)含b為y%，d點(diǎn)含b為z%，由題意借助杠桿規(guī)則得關(guān)系式：       解得： x=5.1y=79.9z=94.9由此可確定c、d、e三點(diǎn)

35、的位置，從而繪出其草圖。6. 在三元系統(tǒng)的濃度三角形上畫(huà)出下列配料的組成點(diǎn)，并注意其變化規(guī)律。1. a=10%, b=70%, c=20%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同） 2. a=10%, b=20%, c=70% 3. a=70%, b=20%, c=10% 今有配料（1）3kg，配料（2）2kg，配料（3）5kg，若將此三配料混合加熱至完全熔融，試根據(jù)杠桿規(guī)則用作圖法求熔體的組成。解：根據(jù)題中所給條件，在濃度三角形中找到三個(gè)配料組成點(diǎn)的位置。連接配料（1）與配料（2）的組成點(diǎn)，按杠桿規(guī)則求其混合后的組成點(diǎn)。再將此點(diǎn)與配料（3）的組成點(diǎn)連接，此連線的中點(diǎn)即為所求的熔體組成點(diǎn)。7. 圖10-24（e）是

36、具有雙降升點(diǎn)的生成一個(gè)不一致熔融三元化合物的三元相圖。 請(qǐng)分析1，2，3點(diǎn)的析晶路程的各自特點(diǎn)，并在圖中用陰影標(biāo)出析晶時(shí)可能發(fā)生穿相區(qū)的組成范圍。組成點(diǎn)n在sc連線上，請(qǐng)分析它的析晶路程。解：熔體1的析晶路程：熔體2的析晶路程：熔體3的析晶路程；8. 在（圖10-36）中：(1).劃分副三角形； (2).用箭頭標(biāo)出界線上溫度下降的方向及界線的性質(zhì)； (3).判斷化合物的性質(zhì)； (4).寫(xiě)出各無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及反應(yīng)式；分析m點(diǎn)的析晶路程，寫(xiě)出剛到達(dá)析晶終點(diǎn)時(shí)各晶相的含量。 解：（1）、（2）見(jiàn)圖解；（3）s1不一致熔融化合物，s2一致熔融化合物，s3不一致熔融化合物，s4不一致熔融化合物，s5一致

37、熔融化合物，s6一致熔融化合物。（4） e為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)：lc ® s6s5f為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)：l ® s4s6s5g為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)：ls6® s3s4h為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)：ls4® s3s59. 分析相圖（圖10-37）中點(diǎn)1、2熔體的析晶路程。( 注：s、1、e 在一條直線上)。解：熔體1具有穿相區(qū)的特征，液相在e3點(diǎn)反應(yīng)完，固相只剩s一個(gè)相，所以穿過(guò)s相區(qū)，最終在e2點(diǎn)結(jié)束。熔體2液相在e3點(diǎn)反應(yīng)完，固相剩s和b兩個(gè)相，無(wú)穿相區(qū)情況，最終在e2點(diǎn)結(jié)束。10. 在na2o-cao-sio2相圖（圖10-35）中：(1)劃分出全部的副三角形； (2)判斷界線的溫度變化方向及

38、界線的性質(zhì)； (3)寫(xiě)出無(wú)變量點(diǎn)的平衡關(guān)系式； (4)分析并寫(xiě)出m點(diǎn)的析晶路程（m點(diǎn)在cs與nc3s6連線的延長(zhǎng)線上，注意穿相區(qū)的情況）。 解：、見(jiàn)圖解； 見(jiàn)下表：表10-14 na2o-cao-sio2系統(tǒng)富硅部分的無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)圖中點(diǎn)號(hào)相平衡平衡性質(zhì)平衡溫度（）化學(xué)組成（wt）na2oal2o3sio21lns+ns2+n2cs3低共熔點(diǎn)82137.51.860.72l+nc2s3 ns2+n2cs3雙升點(diǎn)82736.62.061.43l+nc2s3 ns2+nc3s6雙升點(diǎn)78525.45.469.24l+nc3s6 ns2+ncs5雙升點(diǎn)78525.05.469.65l ns2+n3s

39、8+ ncs5低共熔點(diǎn)75524.43.672.06l n3s8+ ncs5+s（石英）低共熔點(diǎn)75522.03.874.27l +s（石英）+nc3s6 ncs5雙降點(diǎn)82719.06.874.28石英磷石英（存在l及nc3s6）晶型轉(zhuǎn)變87018.77.074.39l+cs nc3s6 +s（石英）雙升點(diǎn)103513.712.973.410l+cs nc2s3 + nc3s6雙升點(diǎn)103519.014.566.511cscs（存在l及磷石英）晶型轉(zhuǎn)變111014.415.673.012cscs（存在l及nc2s3）晶型轉(zhuǎn)變111017.716.562.8（4）m點(diǎn)位于nc3s6ns2ncs

40、5內(nèi)，在4點(diǎn)析晶結(jié)束，最終晶相為：nc3s6、ns2ncs5。開(kāi)始析出cs，經(jīng)過(guò)晶型轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)熔等一系列反應(yīng)，連穿三個(gè)相區(qū)，最終在4點(diǎn)析晶結(jié)束。11. 一個(gè)陶瓷配方，含長(zhǎng)石（k2o·al2o3·6sio2）39%，脫水高嶺土（al2o3·2sio2）61%,在1200燒成。問(wèn)：(1) 瓷體中存在哪幾相？(2) 所含各相的重量百分?jǐn)?shù)是多少？解：在k2o-al2o3-sio2系統(tǒng)相圖的配料三角形（圖10-32）中根據(jù)長(zhǎng)石與脫水高嶺土的含量確定配料組成點(diǎn)，然后在產(chǎn)物三角形（圖10-32）找最終平衡相，根據(jù)杠桿規(guī)則計(jì)算各相組成。第五章 擴(kuò)散   

41、;7-1解釋并區(qū)分下列概念：    （1）穩(wěn)定擴(kuò)散與不穩(wěn)定擴(kuò)散；（2）本征擴(kuò)散與非本征擴(kuò)散；（3）自擴(kuò)散與互擴(kuò)散；（4）擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散通量。解： 略   7-2 濃度差會(huì)引起擴(kuò)散，擴(kuò)散是否總是從高濃度處向低濃度處進(jìn)行?為什么?   解：擴(kuò)散是由于梯度差所引起的，而濃度差只是梯度差的一種。當(dāng)另外一種梯度差，比如應(yīng)力差的影響大于濃度差，擴(kuò)散則會(huì)從低濃度向高濃度進(jìn)行。   7-3 欲使ca2在cao中的擴(kuò)散直至cao的熔點(diǎn)（2600）時(shí)都是非本質(zhì)擴(kuò)散，要求三價(jià)離子有什么樣

42、的濃度？試對(duì)你在計(jì)算中所做的各種特性值的估計(jì)作充分說(shuō)明。已知cao肖特基缺陷形成能為6ev。   解：摻雜m3+引起vca的缺陷反應(yīng)如下：   當(dāng)cao在熔點(diǎn)時(shí)，肖特基缺陷的濃度為：   所以欲使ca2在cao中的擴(kuò)散直至cao的熔點(diǎn)（2600）時(shí)都是非本質(zhì)擴(kuò)散，m3+的濃度為，即   7-4 試根據(jù)圖7-32查?。海?）cao在1145和1650的擴(kuò)散系數(shù)值；（2）al2o3在1393和1716的擴(kuò)散系數(shù)值；并計(jì)算cao和al2o3中ca2和al3的擴(kuò)散活化能和d0值。&#

43、160;  解：由圖可知cao在1145和1650的擴(kuò)散系數(shù)值分別為，al2o3在1393和1716的擴(kuò)散系數(shù)值分別為根據(jù)可得到cao在1145和1650的擴(kuò)散系數(shù)的比值為：，將值代入后可得，al2o3的計(jì)算類推。   7-5已知?dú)浜玩囋诿嫘牧⒎借F中的擴(kuò)散數(shù)據(jù)為 cm2/s和cm2/s，試計(jì)算1000的擴(kuò)散系數(shù)，并對(duì)其差別進(jìn)行解釋。   解：將t=1000代入上述方程中可得，同理可知。原因：與鎳原子相比氫原子小得多，更容易在面心立方的鐵中通過(guò)空隙擴(kuò)散。   7-6 在制造硅半

44、導(dǎo)體器體中，常使硼擴(kuò)散到硅單晶中，若在1600k溫度下，保持硼在硅單晶表面的濃度恒定（恒定源半無(wú)限擴(kuò)散），要求距表面103cm深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問(wèn)需要多長(zhǎng)時(shí)間（已知d16008×1012cm2/s；當(dāng)時(shí)，）？   解： 此模型可以看作是半無(wú)限棒的一維擴(kuò)散問(wèn)題，可用高斯誤差函數(shù)求解。   其中=0，所以有0.5=，即=0.5，把=103cm，d16008×1012cm2/s代入得t=s。   7-7 zn2在zns中擴(kuò)散時(shí)，563時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3×104cm2/s

45、；450時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為    1.0×104cm2/s，求：（1）擴(kuò)散活化能和d0；（2）750時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)；（3）根據(jù)你對(duì)結(jié)構(gòu)的了解，請(qǐng)從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)和缺陷的產(chǎn)生來(lái)推斷活化能的含義；（4）根據(jù)zns和zno相互類似，預(yù)測(cè)d隨硫的分壓而變化的關(guān)系。   解： （1）參考7-4得=48856j/mol，d0=3×1015cm2/s；    （2）把t=1023k代入中可得=cm2/s；   7-8 實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下碳在鈦中的擴(kuò)散系數(shù)分別為2×109

46、cm2/s（736）、5×109cm2/s（782）、1.3×108cm2/s（838）。（1）請(qǐng)判斷該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合；（2）請(qǐng)計(jì)算擴(kuò)散活化能，并求出在500時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)。   解：（1）設(shè)=2×109cm2/s，=5×109cm2/s，=1.3×108cm2/s，=1009k，=1055k，=1111k。將，和，代入并按照7-4所用方法得=2342787 j/mol，同理代入，和，得=2342132 j/mol。，可以認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)符合；（2）由上步可知=2342787 j/mol；（3）將t=773k代入得=c

47、m2/s。   7-9 在某種材料中，某種粒子的晶界擴(kuò)散系數(shù)與體積擴(kuò)散系數(shù)分別為dgb2.00×1010exp  （19100/rt）cm2/s和dv1.00×104exp（38200/rt）cm2/s，試求晶界擴(kuò)散系數(shù)和體積擴(kuò)散系數(shù)分別在什么溫度范圍內(nèi)占優(yōu)勢(shì)？   解：當(dāng)晶界擴(kuò)散系數(shù)占優(yōu)勢(shì)時(shí)有dgb>dv，即>，所以有t<1455.6k；當(dāng)t>1455.6k時(shí)體積擴(kuò)散系數(shù)占優(yōu)勢(shì)。   7-10 假定碳在-fe（體心立方）和；-fe（面心立方）中的擴(kuò)散

48、系數(shù)分別為：d0.0079exp83600/rtcm2/s；d0.21exp141284/rtcm2/s，計(jì)算800時(shí)各自的擴(kuò)散系數(shù)，并解釋其差別。   解：將t=1073k代入題中兩式分別得d1073= cm2/s  d1073= cm2/s。原因：擴(kuò)散介質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)擴(kuò)散有很大影響。-fe 為體心立方，而-fe 為面心立方，體心立方較面心立方疏松。結(jié)構(gòu)疏松，擴(kuò)散阻力小而擴(kuò)散系數(shù)大。   7-11 碳、氮、氫在體心立方鐵中的擴(kuò)散活化能分別為84kj/mol、75kj/mol和13kj/mol，試對(duì)此差異進(jìn)行分析和解釋。 

49、;  解：碳、氮、氫的原子半徑依次減小，原子半徑越小就越更容易在體心立方的鐵中通過(guò)空隙擴(kuò)散，擴(kuò)散活化能相應(yīng)也就越低。   7-12 mgo、cao、feo均具nacl結(jié)構(gòu)，在各晶體中它們的陽(yáng)離子擴(kuò)散活化能分別為：na在nacl中為41kcal/mol，mg2在mgo中為83kcal/mol，ca2在cao中為77kcal/mol，fe3在feo中為23kcal/mol，試解釋這種差異的原因。 解： 略  7-13 試分析離子晶體中，陰離子擴(kuò)散系數(shù)般都小于陽(yáng)離子擴(kuò)散系數(shù)的原因。   解：

50、離子晶體一般為陰離子作密堆積，陽(yáng)離子填充在四面體或八面體空隙中。所以陽(yáng)離子較易擴(kuò)散。如果陰離子進(jìn)行擴(kuò)散，則要改變晶體堆積方式，拆散離子晶體的結(jié)構(gòu)骨架，阻力就會(huì)較大。故離子晶體中，陰離子擴(kuò)散系數(shù)般都小于陽(yáng)離子擴(kuò)散系數(shù)。   7-14試從結(jié)構(gòu)和能量的觀點(diǎn)解釋為什么d表面>d晶面>d晶內(nèi)。   解：固體表面質(zhì)點(diǎn)在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點(diǎn)的極化、變形、重排并引起原來(lái)的晶格畸變，表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列有周期性，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)力場(chǎng)是對(duì)稱的，質(zhì)點(diǎn)在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)大

51、。同理，晶界上質(zhì)點(diǎn)排列方式不同于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯(cuò)等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點(diǎn)在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴(kuò)散系數(shù)大。但晶界上質(zhì)點(diǎn)與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)晶粒作用達(dá)到平衡態(tài)，處于某種過(guò)渡的排列方式，其能量較晶體表面質(zhì)點(diǎn)低，質(zhì)點(diǎn)遷移阻力較大因而d晶界<d表面。   7-15 試討論從室溫到熔融溫度范圍內(nèi)，氯化鋅添加劑對(duì)nacl單晶中所有離子（zn、na、 cl）   的擴(kuò)散能力的影響。解： 略   7-16 試推測(cè)在貧鐵的fe3o4中氧分壓和鐵離子擴(kuò)散的關(guān)系；試

52、推測(cè)在鐵過(guò)剩的fe3o4中氧分壓和氧擴(kuò)散的關(guān)系。 解： 略第六章 固相反應(yīng)   6-1 若由mgo和al2o3球形顆粒之間的反應(yīng)生成mgal2o4是通過(guò)產(chǎn)物層的擴(kuò)散進(jìn)行的，   （1） 畫(huà)出其反應(yīng)的幾何圖形，并推導(dǎo)出反應(yīng)初期的速度方程。（2） 若1300時(shí)dal3dmg2，o2基本不動(dòng)，那么哪一種離子的擴(kuò)散控制著mgal2o4的生成？為什么？   解：（1）假設(shè):   a）反應(yīng)物是半徑為r0的等徑球粒b，x為產(chǎn)物層厚度。    

53、;         b）反應(yīng)物a是擴(kuò)散相，即a總是包圍著b的顆粒，且a，b同產(chǎn)物c是完全接觸的，反應(yīng)自球表面向中心進(jìn)行。   c）a在產(chǎn)物層中的濃度梯度是線性的，且擴(kuò)散截面積一定。反應(yīng)的幾何圖形如圖6-1所示：根據(jù)轉(zhuǎn)化率g的定義，得                    

54、0;         將（1）式代入拋物線方程中，得反應(yīng)初期的速度方程為：   （2）整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中速度最慢的一步控制產(chǎn)物生成。d小的控制產(chǎn)物生成，即dmg2+小，mg2+擴(kuò)散慢，整個(gè)反應(yīng)由mg2+的擴(kuò)散慢，整個(gè)反應(yīng)由mg2+的擴(kuò)散控制。   6-2 由al2o3和sio2粉末反應(yīng)生成莫來(lái)石，過(guò)程由擴(kuò)散控制，如何證明這一點(diǎn)？已知擴(kuò)散活化能為209 kj/mol，1400下，1h完成10，求1500下，1h和4h各完成多少？（應(yīng)用楊德方程計(jì)算）   解：如果用楊德?tīng)柗匠虂?lái)描述al2o3和sio2粉末反應(yīng)生成莫來(lái)石，經(jīng)計(jì)算得到合理的結(jié)果，則可認(rèn)為此反應(yīng)是由擴(kuò)散控制的反應(yīng)過(guò)程。    由楊德?tīng)柗匠?，?#160;