成都理工材料物理化学考点DOC
晶体结构
名词解释
多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。
同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。
位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。
重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。
1.2晶格能与哪些因素有关？
答：离子的电子结构；离子的晶体结构类型；正负离子平衡距离。林规则
1.3 鲍林规则
（1）配位数规则：晶体结构中，阳离子周围形成一个阴离子配位多面体，阳离子的配位数取决于阳离子和阴离子半径之比。根据不同的配位数，从几何关系可以计算出阴阳离子半径比的上、下限范围。因而，可根据r+/r-值求得阳离子的配位数。
（2）静电价规则：在稳定的离子晶体结构中，所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电建强度，等于阴离子的电荷数。设S为中心阳离子到达每一配位阴离子的静电建强度，Z为该阳离子的电荷数，n为阳离子配位数，则可得S=Z/n。又设W为阴离子电荷数，m为阴离子配位数，则静电价规则规定m·S=W。静电键规则是离子晶体中较严格的规则，它使晶体保持总的电性平衡。本规则还可用于求得阴离子的配位数。
（3）配位多面体连接方式规则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性下降。对于电价高，配位数小的阳离子，此规则的效应更为显著。硅酸盐结构中，硅氧四面体的连接方式即为一例。
例1：以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6×1/6=1。
在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的体心位置）；由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8×1/4=2。
例2下列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臵）：下列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[Si2O6] Ca2Al[AlSiO7] Mg[Si4O10](OH)2 K[AlSi3O8]
答：CaMg[Si2O6] 单链状。 Ca2Al[AlSiO7] 组群状，双四面体。Al3+离子一部分位于氧八面体空隙， 另一部分位于四面体空隙。 Mg[Si4O10](OH)2 层状。 K[AlSi3O8] 架状。Al3+离子位于氧四面体空隙。
[二]离子晶体结构
2-1 名词解释
(a)萤石型和反萤石型 (b)类质同晶和同质多晶 (c)二八面体型与三八面体型 (d)同晶取代与阳离子交换 (e)尖晶石与反尖晶石
答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。
（b ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。
（c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构
三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。
（e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石；反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另
一半分布于八面体
空隙，通式
为
B(AB)O4，称为反尖晶石。
3-6叙述硅酸盐晶体结构分类原则及各种类型的特点，并举
一例说明之。
硅酸盐结构的规律是：
① 构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体； 硅氧四面体结构 ② 硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结；
③ Si4+离子通过O2-结合, Si-O-Si 的结合键在氧上的键角接近于145°； ④ 稳定的硅酸盐结构中, 硅氧四面体采取最高空间维数互相结合； ⑤ 硅氧四面体采取比较紧密的结构连结；
⑥ 同一结构中的硅氧四面体最多只相差1个氧原子
结构类型 [SiO 4]共用O 2-数 形 状 络 阴 离 子 Si :O 实 例
解：硅酸盐矿物按照硅氧四面体的连接方式进行分类，具体类型见表3-1。
[(AlxSi4-x)O8]x- 钠长石
Na[AlSi3O
8]
表2-1 硅酸盐晶体的结构类型 [(A lxSi4-x)O8]x- 钠长石Na[AlSi3O8]表2-1 硅酸盐晶体的结构类型 3.7水的结合方式
8-1 结构水
结 构 水 自由水
牢固结构水
松结构水
含义
以OH 基形式存
在于黏土晶格
结构内的水
吸附在黏土矿物层间及表面
的定向水分子
层，它与黏土胶
粒形成整体并一起移动
黏土表面定向
排列过度到非定向排列的水层，它处于胶粒的扩散层内
黏土胶团外的非定向水分子层 作用范围 在黏土结构的 3~10水分子层 <200? >200? 特点 脱水后黏土结
构破坏
密度小，热容小 介电常数小，冰
点低
流动性 结构水/自由水 比例小，流动性好
可朔性
黏土胶粒水膜厚度在100?（约30水分子层）时朔性最好
3.8晶体的主次价键
次价键是氢键和范德华力的总称。一般比主价键（金属键、离子键、共价键）低几个数量级。
岛 状 0 四面体 [SiO 4]4- 1:4 镁橄榄石Mg 2[SiO 4]
组 群 状
1 双四面体 [Si 2O 7]6- 2:7 硅钙石Ca 3[Si 2O 7] 2
三节环 [Si 3O 9]6- 1:3
蓝锥矿BaTi[Si 3O 9] 四节环 [Si 4O 12]8-
六节环
[Si 6O 18]12- 绿宝石Be 3Al 2[Si 6O 18]
链 状 2 单链 [Si 2O 6]4- 1:3 透辉石CaMg[Si 2O 6] 2，3 双链 [Si 4O 11]6- 4:11 透闪石Ca 2Mg 5[Si 4O 11]2(OH)2 层 状 3 平面层 [Si 4O 10]4- 4:10 滑石Mg 3[Si 4O 10](OH)2 架 状
4
骨架
[SiO 2] 1:2
石英SiO 2
[(Al x Si 4-x )O 8]x-
钠长石Na[AlSi 3O 8]
晶体结构缺陷习题与解答
1.1 名词解释（a ）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b ）刃型位错和螺型位错
解：（a ）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b ）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
1.2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。试举例写出CaCl 2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。
解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX 晶体中，间隙原子的表示符号为M I 或X I ；空位缺陷的表示符号为：V M 或V X 。如果进入MX 晶体的杂质原子是A ，则其表示符号可写成：A M 或A X （取代式）以及A i （间隙式）。
当CaCl 2中Ca 2+置换KCl 中K +
而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：
CaCl 2?→?KCl
?K Ca +'
k V +2Cl Cl
CaCl 2中Ca 2+
进入到KCl 间隙中而形成点缺陷的反应式为：
CaCl 2?→?KCl
??i Ca +2'k V +2Cl Cl
1.3在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？
解：位置平衡是指在化合物M a X b 中，M 格点数与X 格点数保持正确的比例关系，即M ：X=a ：b 。电中性是指
在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
1.4（a ）在MgO 晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev ，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 （b ）如果MgO 晶体中，含有百万分之一mol 的Al 2O 3杂质，则在1600℃时，MgO 晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：（a ）根据热缺陷浓度公式：
=N n exp （－kT
2G ?） 由题意 △G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19
J
K=1.38×10-23
J/K
T 1=25+273=298K T 2=1600+273=1873K
298K ： =N n exp ???
? ??????-
--2981038.1210612.92319=1.92×10-51 1873K ： =N n exp ???
? ??????-
--18731038.1210612.92319=8×10-9 （b ）在MgO 中加入百万分之一的Al 2O 3杂质，缺陷反应方程为：
O '
'M g M g M gO 32O 3V Al 2O Al ++??→??
此时产生的缺陷为[ '
'M g V ]杂质。 而由上式可知：[Al 2O 3]=[ ''M g V ]杂质
∴当加入10-6
Al 2O 3时，杂质缺陷的浓度为
[ ''M g V ]杂质=[Al 2O 3]=10-6
由（a ）计算结果可知：在1873 K ，[ ''M g V ]热=8×10
-9
显然： [ ''M g V ]杂质＞[ ''M g V ]热，所以在1873 K 时杂质缺陷占优势。
1.5对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol ，计算该晶体在1000K 和1500K 时的缺陷浓度。 解：根据热缺陷浓度公式：
=N n exp （－kT
2G
?） 由题意 △G=84KJ/mol=84000J/mol
则
=M n exp （RT
2G
?-
） 其中R=8.314J/mol ·K
当T 1=1000K 时，=M n exp （RT 2G ?-）= exp ??? ????-1000314.8284000=6.4×10-3
当T 2=1500K 时，
=M n exp （RT 2G ?-）= exp ??
? ????-1500314.8284000=3.45×10-2
1.8非化学计量化合物Fe x O 中，Fe 3+
/Fe 2+
=0.1，求Fe x O 中的空位浓度及x 值。
解： 非化学计量化合物Fe x O ，可认为是α(mol)的Fe 2O 3溶入FeO 中，缺陷反应式为：
Fe 2O 3??→?FeO 2Fe ?Fe + V '
'Fe +3O O
α 2α α
此非化学计量化合物的组成为：
Fe +α32Fe +α-α-2)21(O
已知：Fe 3+/Fe 2+
＝0.1 则：
1.0212=α
-α-α
∴ α ＝ 0.044
∴x ＝2α+(1－3α)＝1－α＝0.956
又：∵[V '
'Fe 3+
]＝α ＝ 0.044
正常格点数N ＝1+x ＝1+0.956＝1.956
∴空位浓度为
2'3'Fe 1025.2956
.1044
.0N ] [V -+
?==
1.10试比较刃型位错和螺型位错的异同点。
解：刃型位错和螺型位错的异同点见表1-1所示。
表1-1 刃型位错和螺型位错的异同点
刃型位错
螺型位错
与柏格斯矢量b 的位置关系 柏格斯矢量b 与刃性位错线垂直
柏格斯矢量b 与螺型位
错线平行
位错分类 刃性位错有正负之分
螺形位错分为左旋和右旋
位错是否引起晶体畸变和形成应力场 引起晶体畸变和形成应力场，且离位错线越远，晶格畸变越小 引起晶体畸变和形成应力场，且离位错线越远，晶格畸变越小 位错类型
只有几个原子间距的线缺陷 只有几个原子间距的线缺陷
第二章 固溶体习题与解答
2.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。
解：1 离子尺寸因素
从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以r 1和r 2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差
1
2
1r r r -< 15%时，形成连续置换型固溶体。若此值在15～30%时，可以形成有限置换型固溶体。而此值>30%时，不能形成固溶体。 2、晶体的结构类型
形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。 3、离子的电价因素
只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。 4、电负性因素
电负性相近，有利于固溶体的生成。
2.4试写出少量MgO 掺杂到Al 2O 3中和少量YF 3掺杂到CaF 2中的缺陷方程。（a ）判断方程的合理性。（b ）写出每一方程对应的固溶式。
解： 3MgO ??
→?3
O Al 22'Al Mg +??
i Mg +3OO （1）
2MgO ??
→?3O Al 2
2'Al Mg + ?
?O V +2O O （2） YF 3??→?2
CaF Y ?Ca +F 'i +2F F （3）
2YF 3??→?2
CaF 2Y ?Ca +''Ca V +6F F
（4）
（a ）书写缺陷方程首先考虑电价平衡，如方程（1）和（4）。在不等价置换时，3Mg 2+ →2Al 3+ ；2Y 3+ →3Ca 2+
。
这样即可写出一组缺陷方程。其次考虑不等价离子等量置换，如方程（2）和（3）2Mg 2+ →2Al 3+ ；Y 3+ →Ca 2+
。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中，从结晶化学的晶体稳定性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以（2）和（3）较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。
（b ）(1)x 3
22Al
-x Mg 3O (2) x 2Al -x Mg 2
x 3O
-
(3) x 1Ca -x Y x 2F + (4) x 2
31Ca
-x Y 2F
2.7对于MgO 、Al 2O 3和Cr 2O 3，其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40。Al 2O 3和Cr 2O 3形成连续固溶体。 (a) 这个结果可能吗？为什么？ (b) 试预计，在MgO －Cr 2O 3系统中的固溶度是有限还是很大？为什么？
解：（a ）Al 2O 3与Cr 2O 3有可能形成连续固溶体。因为： ①
121R R R -=40
.036
.040.0-=10%＜15% ②结构类型相同，均属刚玉型结构。
（b ）对于MgO －Cr 2O 3系统，由于结构类型相差较大，前者为NaCl 型，后者为刚玉型。虽然
121R R R -=47
.04
.047.0-=14.89%＜15%，也不可能形成完全互溶的固溶体，而只能是有限固溶。 2.8 Al 2O 3在MgO 中将形成有限固溶体，在低共熔温度1995℃时，约有18wt% Al 2O 3溶入MgO 中，MgO 单位晶胞
尺寸减小。试预计下列情况下密度的变化。(a) Al 3+为间隙离子， (b) Al 3+
为置换离子。
解：(a) Al 3+
为间隙离子：
缺陷反应为：O '
'Mg i
MgO
32O 3V Al 2O Al ++??→???? （1）
固溶式分子式：x 2
3
1Mg
-x Al x
2
3Mg V
O （2）
（b ）Al 3+
为置换离子：
缺陷反应为：???→?Mg MgO
32Al 2O Al +O '
'Mg O 3V +
（3）
固溶式分子式：x 2
3
1Mg
-x Al x
2
1Mg V
O
（4）
取100g 试样为基准：（为摩尔数）
m 3
2O Al
＝
3
O
Al 2M 18＝
102
18
＝0.176 (m 为摩尔数) m MgO ＝
MgO M 82＝3
.4082
＝2.035
∴MgO 中固溶18%wt 的Al 2O 3后的分子式为：
2.035 MgO ·0.176 Al 2O 3或Mg 2.035Al 0.352O 2.563 (5)
（5）式各项除以2.563得Mg 0.794Al 0.137O (6)
由（6）式得x =0.137代入（2）（4）式，
对（a ）有137
.02
31Mg ?-137.0Al 137
.02
3Mg V ?O
即Mg 0.794Al 0.137206.0Mg V O （b ）有Mg 0.794Al 0.137069.0Mg V O
设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为：
968.03
.40563.23
.40035.2102176.0M 563.2M 035.2M 176.0MgO
MgO
O Al MgO
'32=??+?=
+=
ρρ
（MgO ρ，ρ'分别代表固溶前后密度）
所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。
第三章 熔体和非晶态固体
3.1 说明熔体中聚合物形成过程？
答：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段 初期：石英的分化； 中期：缩聚并伴随变形； 后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚达到平衡。 3.3 名词解释（并比较其异同）
答：⑴晶子学说：玻璃内部是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介中质，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成时，二者没有明显界限。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。 3.4 玻璃形成的条件
形成热力学条件：玻璃与晶体的内能差值不大，内能差别愈小，玻璃愈难结晶，即愈容易生成玻璃。 玻璃形成的动力学条件：避免析晶，过冷度大，冷却速度快，防止成核并变大。 结晶化学条件：（1）键强；
（2）键型：形成玻璃必须具有极性共价键或金属共价键。
3.5 试用实验方法鉴别晶体SiO 2、SiO 2玻璃、硅胶和SiO 2熔体。它们的结构有什么不同？
答：利用X —射线检测。 晶体SiO 2—质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。SiO 2熔体—内部结构为架状，近程有序，远程无序。 SiO 2玻璃—各向同性。 硅胶—疏松多孔。 3.5 玻璃的组成是13wt%Na 2O 、13wt%CaO 、74wt%SiO 2，计算桥氧分数？
解：
Na 2O CaO SiO 2 wt% 13 13 74 mol 0.21 0.23 1.23 mol%
12.6
13.8
73.6
R=(12.6+13.8+73.6 ×2)/ 73.6=2.39
∵Z=4 ∴X=2R﹣Z=2.39×2﹣4=0.72
Y=Z﹣X= 4﹣0.72=3.28
氧桥%=3.28/（3.28×0.5+0.72）
=69.5%
3.7 在SiO2中应加入多少Na2O，使玻璃的O/Si=2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？
解：设加入x mol的Na2O，而SiO2的量为y mol。
则O/Si=（x+2y）/ y =2.5 ∴x=y/2 即二者的物质量比为1:2时，O/Si=2.5。
因为O/Si增加了，粘度下降，析晶能力增强了。
3.9 试比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃在结构与性能上的差异。
答：结构差异：硅酸盐玻璃：石英玻璃是硅酸盐玻璃的基础。石英玻璃是硅氧四面体[SiO4]以顶角相连而组成的三维架状结构。由于Si—O—Si键角变动范围大，使石英玻璃中[SiO4]四面体排列成无规则网络结构。SiO2是硅酸盐玻璃中的主要氧化物。
硼酸盐玻璃：B和O交替排列的平面六角环的B—O集团是硼酸盐玻璃的重要基元，这些环通过B—O—B链连成三维网络。B2O3是网络形成剂。这种连环结构与石英玻璃硅氧四面体的不规则网络不同，任何O—B三角体的周围空间并不完全被临接的三角体所填充，两个原子接近的可能性较小。
性能差异：硅酸盐玻璃：试剂和气体介质化学稳定性好、硬度高、生产方法简单等优点。
硼酸盐玻璃：硼酸盐玻璃有某些优异的特性。例如：硼酐是唯一能用以制造有吸收慢中子的氧化物玻璃；氧化硼玻璃的转化温度比硅酸盐玻璃低得多；硼对中子射线的灵敏度高，硼酸盐玻璃作为原子反应堆的窗口对材料起屏蔽中子射线的作用。
3.10 解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？
答：硼反常现象：随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始减少，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。
硼反常现象原因：当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。
3.10 陶瓷的典型组织结构包括三种相：晶体相(莫来石和石英)、玻璃相和气相
3.11 氧化铝瓷件中需要被银，已知1000℃时γ(Al2O3(S))=1.0×10-3N/m,γ(Ag (L))=0.92×10-3N/m, γ(Ag (L)
=1.77×10-3N/m,问液态银能否湿润氧化铝瓷件表面？用什么方法改善它们之间的湿润性？/Al2O3（S）)
解：由于γSV=γSL+γLV COSθ∴COSθ= -0.84 ∴θ= 147°﹥90°
∴液态银不能湿润氧化铝瓷件表面，但可以通过降低γSL使其小于γSV，从而达到湿润的目的。方法如下：加入一些金属降低γSL。
5.2影响湿润的因素有那些？
答：⑴固体表面粗糙度当真实接触角θ小于90°时，粗糙度越大，表面接触角越小，就越容易湿润；当θ大于90°，则粗糙度越大，越不利于湿润。
⑵吸附膜吸附膜的存在使接触角增大，起着阻碍作用。
第四章相平衡
1.解释下列名词：
解：一级相变：相变时两相化学势相等，但化学势的一级偏微商不相等。发生一
级相变时有潜热和体积的变化；
二级相变：相变时两相化学势相等，其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不
相等。发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化。 介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。
低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。 马鞍点：三元相图界线上温度最高点，同时又是二元系统温度的最低点。
切线规则：将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质； 如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。
三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初 晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。
重心规则：如无变点处于其相应副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点：如无变点处于其相应副三角形的 交叉位，则该无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三角形的共轭位，则该无变点为双转熔点。
4. 具有不一致熔融二元化合物的二元相图〔图10-12（c ）〕在低共熔点E 发生如下析晶过程：L A+C ，已知E 点的B 含量为20%，化合物C 的B 含量为64%。今有C 1，C 2两种配料，已知C 1中B 含量是C 2中B 含量的1.5倍，且在高温熔融冷却析晶时，从该二配料中析出的初相（即达到低共熔温度前析出的第一种晶体）含量相等。请计算C 1，C 2的组成。
7. 图〔10-24（e ）〕是具有双降升点的生成一个不一致熔融三元化合物的三元相图。 请分析1，2，3点的析晶路程的各自特点，并在图中用阴影标出析晶时可能发生穿相区的组成范围。组成点n 在SC 连线上，请分析它的析晶路程。
解：熔体1的析晶路程：
熔体2的析晶路程：
解：设C 2中B 含量为x, 则C 1中B 含量为1.5x ，由题意得：
熔体3的析晶路程；
第五章扩散
7-14试从结构和能量的观点解释为什么D表面>D晶面>D晶内。
解：固体表面质点在表面力作用下，导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶格畸变，表面结构不同于内部，并使表面处于较高的能量状态。晶体的内部质点排列有周期性，每个质点力场是对称的，质点在表面迁移所需活化能较晶体内部小，则相应的扩散系数大。同理，晶界上质点排列方式不同于内部，排列混乱，存在着空位、位错等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需的活化能较晶内小，扩散系数大。但晶界上质点与晶体内部相比，由于晶界上质点受两个晶粒作用达到平衡态，处于某种过渡的排列方式，其能量较晶体表面质点低，质点迁移阻力较大因而D晶界 第六章固相反应 6-3 比较杨德方程、金斯特林格方程优缺点及适应条件。 解：两个方程都只适用稳定扩散的情况。杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒截面始终不变。因而只适用反应初期转化率较低的情况。而金斯格林方程考虑了在反应进程中反应截面面积随反应过程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。 6-2固相反应模型 1抛物线型速度方程平板模型；2杨德尔方程球体模型；3金斯特林格方程球体模型 6-7 试分析影响固相反应的主要因素。 解：（1）反应物化学组成与结构的影响:反应物中质点作用力越大，反应能力越小；同一反应体系中，固相反应速度与各反应物间的比例有关；矿化剂的特殊作用。 （2）颗粒度和分布影响：粒径越小，反应速度越快；同一反应体系中由于物料尺寸不同，反应速度会属于不同动力学范围控制；少量较大尺寸的颗粒存在会显著延缓反应过程的完成。 （3）反应温度的影响：温度越高，质点热运动增强，反应能力和扩散能力增强。 （4）压力、气氛的影响：两固相间的反应，增大压力有助颗粒的接触面积，加速物质传递过程，使反应速度增加；对有液汽相参加的固相反应，提高压力不表现积极作用，甚至适得其反。 （5）矿化剂的影响：晶格能越大，结构越完整和稳定，反应活性越低。加入矿化剂可以提高固相反应。 6-8 如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。 解：应选用MgCO3，Mg(OH)2和Al2O3·3H2O作原料较好。 因为MgCO3，Mg(OH)2在反应中可以发生热分解，Al2O3·3H2O发生脱水反应和晶型转变，将获得具有较大比表面和晶格缺陷的初生态或无定形物质从而提高了反应活性，加剧了固相反应的进行。 第七章相变 7-2 什么叫相变？按照相变机理来划分，可分为哪些相变? 解：相变是物质系统不同相之间的相互转变。按相变机理来分，可以分为扩散型相变和非扩散型相变和半扩散型相变。依靠原子或离子长距离扩散进行的相变叫扩散型相变。非扩散型型相变指原子或离子发生移动，但相对位移不超过原子间距。 7-3 分析发生固态相变时组分及过冷度变化相变驱动力的影响。 解：相变驱动力是在相变温度下新旧相的体自由能之差（），而且是新相形成的必要条件。当两个组元混合形成固溶体时，混合后的体系的自由能会发生变化。可以通过自由能-成分曲线来确定其相变驱动力的大小。过冷度是相变临界温度与实际转变温度之差，相变形核的热力学条件是要有过冷度。已知驱动力 与过冷度之间的关系是：,这进一步说明了形核的热力学条件。 7-4 马氏体相变具有什么特征？它和成核－生成相变有何差别? 解：马氏体相变是替换原子经无扩散切变位移(均匀或不均匀)并由此产生形状改变和表面浮凸、曾不变平面应变特征的一级形核、长大的相变。 特征：具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快、相变有一定范围、有很大的切变型弹性应变能。 成核－生长过程中存在扩散相变，母相与晶相组成可相同可不同，转变速度较慢，无明显的开始和终了温度。 7-9 在纯液体平衡凝固温度T0以下，临界相变势垒随温度下降而减小，于是有一个使热起伏活化因子exp为极大值的温度。试证明当T＝T0/3时，exp有极大植。（提示：利用 表达式） 解：由将代入 则令 则 即求y的极值，当时，即此时y有极大值。 故当时，exp（）有极大值。 7-13 铁的原子量为55.84，密度为7.3g/cm3，熔点为1593℃，熔化热为11495J/mol，固－液界面能为2.04×10－5J/cm2，试求在过冷度为10℃、100℃时的临界晶核大小，并估计这些晶核分别由多少个晶胞所组成（已知铁为体心立方晶格，晶格常数a＝0.305nm）。 解：由, 晶核体积为，晶胞的体积为，则晶胞的个数为 当过冷度为10℃时，将已知条件代入，得：J m 则晶胞的个数为个 当过冷度为100℃时，将已知条件代入，得：J m 此时晶胞的个数为个。 7-14 熔体冷却结晶过程中，在1000℃时，单位体积自由焓变化△G V418J/cm3；在900℃时是2090J/cm3。设固－液界面能5×10－5J/cm2，求：（1）在900℃和1000℃时的临界晶核半径；（2）在900℃和1000℃时进行相变所需的能量。 解：（1）由题意可知， （2）900℃时，J 温度为1000℃时，J 7-17 图7-1为晶核的半径r与△G间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高？哪条温度最低？并说明理由。 图7-1 △G~r关系曲线 解：晶核的半径相同时 第八章烧结过程 8-1 名词解释： 烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 （1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 （3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。 （7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象. （8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 8-2 烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值， 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!! （2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差， （3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 8-3 下列过程中，哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? 试说明理由。 （1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀 解：蒸发－凝聚机理（凝聚速率＝颈部体积增加） 烧结时颈部扩大，气孔形状改变，但双球之间中心距不变，因此坯体不发生收缩，密度不变。 8-4 什么是烧结过程？烧结过程分为哪三个阶段？各有何特点？ 解：烧结过程：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的粘结结合以提高其强 度。 烧结过程大致可以分为三个界线不十分明显的阶段。 （1）液相流动与颗粒重排阶段：温度升高，出现足够量液相，固相颗粒在DP 作用下重新排列，颗粒堆积更紧密； （2）固相溶解与再析出：接触点处高的局部应力? 塑性变形和蠕变? 颗粒进一步重排； （3）固相的的烧结：小颗粒接触点处被溶解较大颗粒或自由表面沉积晶粒长大形状变化不断重排而致密化。 8-5烧结的模型有哪几种？各适用于哪些典型传质过程？ 解：粉体压块：蒸发－凝聚 双球模型：有液相参与的粘性蠕变扩散 Kingery和 LSW ：溶解-沉淀 8-12 在 1500℃，MgO正常的晶粒长大期间，观察到晶体在1h内从直径从1μm 长大到10μm，在此条件下，要得到直径20μm的晶粒，需烧结多长时间？如已知晶界扩散活化能为60kcal/mol，试计算在 1600℃下4h后晶粒的大小，为抑制晶粒长大，加入少量杂质，在 1600℃下保温4h，晶粒大小又是多少? 解：烧结数率常数和温度关系服从阿累尼乌斯方程： 即 (1) 其中：为常数，Q为晶界扩散活化能，在正常的晶粒长大期间，晶粒直径与时间关系为： ……………………（2）其中为时晶粒的平均尺寸。 在加入少量杂质时，晶粒直径与时间关系为： (3) 在 1500℃时，MgO正常生长时，由（2）有99 再由（1）有＝5789.5 则在 1500℃正常生长条件下，达到所需时间为： 在 1600℃时＝122.83 由（2）＝22.2加入杂质后由（3）有＝7.9 8-14 在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸10μm，试问若保温时间为2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温时间为2h，晶粒又有尺寸多大？ 解：由 在此条件下保温,设直径为则有： 即求 加入少量的MgO时： 由 8-15 在 1500℃Al2O3正常晶粒生长期间，观察到晶体在1h内从0.5μm直径长大到10μm。如已知晶界扩散活化能为335kJ/mol，试预测在 1700℃下保温时间为4h后，晶粒尺寸是多少？你估计加入0.5％MgO杂质对Al2O3晶粒生长速度会有什么影响？在与上面相同条件下烧结，会有什么结果，为什么？ 解：由 由 在 1700℃时， 由，有 加入0.5％MgO时，会抑制Al2O3晶粒生长，抑制现象会更加明显，原因是由于晶界移动时遇到的杂质（MgO）更多，限制了晶粒的生长。 8-19 试分析二次再结晶过程对材料性能有何种效应? 解：二次再结晶发生后,由于个别晶粒异常长大,气孔进入晶粒内部,成为孤立闭气孔,不易排除,使烧结速率降低甚至停止,肧体不再致密；加之大晶粒的晶界上有应力存在,使其内部易出现隐裂纹,继续烧结时肧体易膨胀而开裂,使烧结体的机械,电学性能下降。 8-25 影响烧结的因素有哪些？最易控制的因素是哪几个？ 解：（1）粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。 （2）外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。 （3）烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。（4）盐类的选择及其煅烧时条件的影响：盐类的选择：用能够生成粒度小、晶格常数较大、微晶较小、结构松弛的MgO的原料盐来获得活性MgO，其烧结活性良好。煅烧时条件：煅烧温度愈高，烧结活性愈低的原因是由于MgO的结晶良好，活化能增高所造成的。 （5）气氛的影响：氧化，还原，中性。 （6）成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。 除上述六点以外，还有生坯内粉料的堆积程度、加速热度、保温时间、粉料的粒度分布等。 第一章 气体的pVT 关系 1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下： 1 1T T p V p V V T V V ???? ????-=??? ????= κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系? 解：对于理想气体,pV=nRT 111 )/(11-=?=?=??? ????=??? ????= T T V V p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=?=?=???? ????-=???? ????- =p p V V p nRT V p p nRT V p V V T T T κ 1—2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯(C 2H 3Cl ）气体300m 3 ，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时？ 解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为 mol RT pV n 623.1461815 .300314.8300 106.1213=???== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 13 3153.144145 .621090109032-?=?=?=h mol M v Cl H C n/v=（14618.623÷1441。153）=10.144小时 1-3 0℃、101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况。试求甲烷在标准状况下的密度。 解：33 714.015 .273314.81016101325444 --?=???=?=?=m kg M RT p M V n CH CH CH ρ 1—4 一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g 。充以4℃水之后，总质量为125.0000g 。若改用充以25℃、13。33kPa 的某碳氢化合物气体，则总质量为25。0163g 。试估算该气体的摩尔质量。 解：先求容器的容积33 ) (0000.1001 0000.100000 .250000.1252 cm cm V l O H == -= ρ n=m/M=pV/RT mol g pV RTm M ?=?-??== -31.3010 13330) 0000.250163.25(15.298314.84 1-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气.若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃,忽略连接管中气体体积,试求该容器内空气的压力。 解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为 )/(2,2,1i i i i RT V p n n n =+= 终态（f ）时 ??? ? ??+=???? ??+ =+=f f f f f f f f f f T T T T R V p T V T V R p n n n ,2,1,1,2,2,1,2,1 《无机材料物理化学》复习参考 名词解释 晶体非化学计量化合物非均匀成核阴、阳离子交换容量硼反常现象触变性烧结玻璃转化温度物理和化学吸附固相反应表面自由能和表面张力胶体扩散粘土胶团结构二次再结晶 简答与论述 1.晶体中结合键的类型和特点，并举例说明它们对材料结构和性能的影响。 2.石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明他们结构的区别及由此引起性质上的变化。 3.影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 4.简述淬火玻璃与退火玻璃在结构与性能上有何差异？（消除和均衡由温度梯度产生的内 应力的玻璃为退火玻璃，淬火处理是将制品加热到接近其软化温度，使玻璃完全退火，然后迅速冷却，因此产生均匀的内应力，从而使玻璃表面产生预加压应力，增加了抗弯、抗冲击的抗扭曲变形的能力。） 5.简述玻璃形成的热力学、动力学和结晶化学条件。 6.当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？ 7.玻璃与金属封接，为什么预先要在金属表面进行氧化处理？其作用如何？ 8.泥浆稀释的实质是什么？稀释剂的选择需要考虑哪几方面的因素？ 9.试解释粘土结构水和结合水（牢固结合水、松结合水）、自由水的区别，分析后两种水 在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。 10.用Na2CO3和Na2SiO3分别稀释同一粘土泥浆，试比较电解质加入量相同时，两种泥浆的 流动性和触变性。 11.浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处扩散？ 12.扩散的本质是什么？扩散系数与哪些因素有关？为什么？为什么可以认为浓度梯度大 小基本上不影响D值，但浓度梯度大则扩散得快又如何解释？ 13.比较杨德方程、金斯特林格方程的优缺点及适应条件。 14.如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2应MgO、Al2O3·3H2O、γ - Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料好？请说明原因。 15.为什么在成核生长机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变？什么情况下需要过 冷，什么情况下需要过热？ 16.烧结的推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理？ 17.何谓烧结过程中的二次再结晶？其推动力是什么？为什么要抑制二次再结晶过程？工 艺上常采取什么方法？ OO六一二og 学年第一学期期末考试 物理化学试题A卷 注意：学号、姓名和所在年级班级不写、不写全或写在密封线外者，试卷作废—*.计算题。(本大题6分) 将某电导池盛以0.02 mol dm3 KC l溶液(25C时其电导率为0.277 S m1), 在25C 时测得其电阻为82.4 Q，再换用0.005 mol dm 3K2SO溶液，测得其电阻为326.0 Q。求： (1) 电导池常数K(l/A)； (2) KSO溶液的电导率； (3) KSO溶液的摩尔电导率 二. 问答题。请回答下列各题。(本大题4分) 在进行重量分析实验时，为了尽可能使沉淀完全，通常加入大量电解质 (非沉淀剂)，或将溶胶适当加热，为什么？试从胶体化学观点加以解释。 三. 计算题。请计算下列各题。(本大题10分) 均相反应2A+B3Y+Z在一定温度体积下进行，测得动力学数据如下: 其中C A,0及C B,0分别表示A及B的初始浓度；A,0表示A的初始消耗速率，即，假定反应速率方程的形式为 (1) 确定分级数，的值和总反应级数； (2) 计算反应的活化能。 四. 计算题。请计算下列各题。(本大题6分) CH 4气相热分解反应2CHGR +H2的反应机理及各元反应的活化能如下: 已知该总反应的动力学方程式为: 试求总反应的表观活化能。 五. 计算题。请计算下列各题。 (本大题8分) 下列电池的电动势在 25C 时为1.448 V : Pt | H 2 ( p ) | HCl ( b=0.1 mol - kg -1, =0.796 ) |Cl < p ) | Pt (1) 写出电极反应和电池反应； (2) 计算氯电极的标准电极电势 E (Cl |Cl 2 |Pt )。 六. 推导题。(本大题6分) 气相反应2A(g) Y(g), 是二级反应，反应开始时只有A ,压力为p”, 试推导反应系统的总压力p 与时间t 的函数关系式。 七. 选择题。在题后括号内，填上正确答案代号。(本大题共 22小题，总计60分) 1、 (3分)在等温等压下影响物质的表面吉布斯函数的因素：( ) (1) 是表面积A; (2)是表面张力 ； (3) 是表面积A 和表面张力 ；(4)没有确定的函数关 系。 2、 (3分)弯曲液面的饱和蒸气压总大于同温度下平液面的蒸气压。是不是 ? 3、 (2分)微小颗粒物质的熔点 与同组成大块物质的熔点 的关系是：( ) (1) ; (2) = ; (3) ; (4)不能确定。 4、 (4分)朗缪尔等温吸附理论的基本假设为： (2) CH CH 3- +H- E I =423 kJ -mol CH + CH4GH +H- 日=201 kJ -mol -+ CH 4 CH 3- +H E 3=29 kJ -mol -+ CH 3- CH 4 E -i =0 kJ -mol (D 四．概念题参考答案 1．在温度、容积恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，这时A 的分压 和分体积分别是A p 和A V 。若在容器中再加入一定量的理想气体C ，问A p 和A V 的 变化为 ( ) (A) A p 和A V 都变大 (B) A p 和A V 都变小 (C) A p 不变，A V 变小 (D) A p 变小，A V 不变 答：(C)。这种情况符合Dalton 分压定律，而不符合Amagat 分体积定律。 2．在温度T 、容积V 都恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，它们的 物质的量、分压和分体积分别为A A A ,,n p V 和B B B ,,n p V ，容器中的总压为p 。试 判断下列公式中哪个是正确的 ( ) (A) A A p V n RT = (B) B A B ()pV n n RT =+ (C) A A A p V n RT = (D) B B B p V n RT = 答：(A)。题目所给的等温、等容的条件是Dalton 分压定律的适用条件，所 以只有(A)的计算式是正确的。其余的,,,n p V T 之间的关系不匹配。 3． 已知氢气的临界温度和临界压力分别为633.3 K , 1.29710 Pa C C T p ==?。 有一氢气钢瓶，在298 K 时瓶内压力为698.010 Pa ?，这时氢气的状态为 （ ） (A) 液态 (B) 气态 (C)气-液两相平衡 (D) 无法确定 答：(B)。仍处在气态。因为温度和压力都高于临界值，所以是处在超临界 区域，这时仍为气相，或称为超临界流体。在这样高的温度下，无论加多大压力， 都不能使氢气液化。 4．在一个绝热的真空容器中，灌满373 K 和压力为 kPa 的纯水，不留一点 空隙，这时水的饱和蒸汽压 （ ） （A ）等于零 （B ）大于 kPa （C ）小于 kPa （D ）等于 kPa 答：（D ）。饱和蒸气压是物质的本性，与是否留有空间无关，只要温度定了， 其饱和蒸气压就有定值，查化学数据表就能得到，与水所处的环境没有关系。 一 化学热力学基础 1-1 判断题 1、可逆的化学反应就是可逆过程。（×） 2、Q 和W 不是体系的性质，与过程有关，所以Q+W 也由过程决定。（×） 3、焓的定义式H=U+pV 是在定压条件下推导出来的，所以只有定压过 程才有焓变。（×） 4、焓的增加量ΔH 等于该过程中体系从环境吸收的热量。（×） 5、一个绝热过程Q=0，但体系的ΔT 不一定为零。（√） 6、对于一个定量的理想气体，温度一定，热力学能和焓也随之确定。 （√） 7、某理想气体从始态经定温和定容两个过程达终态，这两个过程Q 、 W 、ΔU 及ΔH 是相等的。（×） 8、任何物质的熵值是不可能为负值或零的。（×） 9、功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功。（×） 10、不可逆过程的熵变是不可求的。（×） 11、任意过程中的热效应与温度相除，可以得到该过程的熵变。（×） 12、在孤立体系中，一自发过程由A B,但体系永远回不到原来状 态。（√） 13、绝热过程Q=0，而T Q dS δ=,所以dS=0。（×） 14、可以用一过程的熵变与热温商的大小关系判断其自发性。（√） 15、绝热过程Q=0，而ΔH=Q ，因此ΔH=0。（×） 16、按克劳修斯不等式，热是不可能从低温热源传给高温热源的。 （×） 17、在一绝热体系中，水向真空蒸发为水蒸气（以水和水蒸气为体 系），该过程W>0，ΔU>0。（×） 18、体系经过一不可逆循环过程，其体S ?>0。（×） 19、对于气态物质，C p -C V =nR 。（×） 20、在一绝热体系中有一隔板，两边分别是空气和真空，抽去隔板， 空气向真空膨胀，此时Q=0，所以ΔS=0。（×） 21、高温物体所含的热量比低温物体的多，因此热从高温物体自动流 向低温物体。（×） 22、处于两相平衡的1molH 2O （l ）和1molH 2O （g ），由于两相物质的 温度和压力相等，因此在相变过程中ΔU=0，ΔH=0。（×） 23、在标准压力下加热某物质，温度由T 1上升到T 2，则该物质吸收的 热量为?=2 1 T T p dT C Q ，在此条件下应存在ΔH=Q 的关系。（√） 24、带有绝热活塞（无摩擦、无质量）的一个绝热气缸装有理想气体， 内壁有电炉丝，将电阻丝通电后，气体慢慢膨胀。因为是一个恒压过 程Q p =ΔH ，又因为是绝热体系Q p =0，所以ΔH=0。（×） 25、体系从状态I 变化到状态Ⅱ，若ΔT=0，则Q=0，无热量交换。（×） 26、公式Vdp SdT dG +-=只适用于可逆过程。 （ × ） 27、某一体系达到平衡时，熵最大，自由能最小。 关于物理化学课后习题 答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208] 第一章两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到 100 C，另一个球则维持 0 C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。 解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。 标准状态： 因此， 如图所示，一带隔板的容器中，两侧分别有同温、不同压的H2与N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。 H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T （1） 两种气体混合后的压力； （2）计算混合气体中H2和N2的分压力； （3）计算混合气体中H2和N2的分体积。 第二章 1mol水蒸气（H2O,g）在100℃，下全部凝结成液态水，求过程的功。假 设：相对水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。 1mol某理想气体与27℃，的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态， 在恒容升温至℃，。求过程的W,Q, ΔU, ΔH。已知气体的体积Cv,m=*mol-1 *K-1。 容积为 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0 C，4 mol的Ar(g)及150 C，2 mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度 t及过程的。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为 及，且假设均不随温度而变。 解：图示如下 假设：绝热壁与铜块紧密接触，且铜块的体积随温度的变化可忽略不计 则该过程可看作恒容过程，因此 假设气体可看作理想气体，，则 冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓 ΔfusHm=*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范围内过冷水（H2O,l）和冰的摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=*mol-1 *K-1。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。 O, l）在100 C的摩尔蒸发焓。水和水蒸气已知水（H 2 在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm （H2O,g）=*mol-1 *K-1。求在25C时水的摩尔蒸发焓。 应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25 C时反应 的标准摩尔反应焓，要求：（1）应用25 C的标准摩尔生成焓数据； 化学专业《物理化学》下册期末考试试卷 一、单项选择题（每小题2分，共30分） 1、0.001 mol ·kg -1 K 3[Fe(CN) 6] 水溶液的离子强度为：（ ） (A) 6.0×10-3 mol ·kg -1 (B) 5.0×10-3 mol ·kg -1 (C) 4.5×10-3 mol ·kg -1 (D) 3.0×10-3 mol ·kg -1 2、电导测定应用广泛，但下列问题中哪个是不能用电导测定来解决的（ ） (A)求难溶盐的溶解度 (B)求弱电解质的解离度 (C)求平均活度系数 (D)测电解质溶液的浓度 3、298 K 时， 0.005 mol ·kg -1 的 KCl 和 0.005 mol ·kg -1 的 NaAc 溶液的离子平均活度系数分别为 γ ±,1和 γ ±,2,则有 ( ) (A) γ ±,1= γ ±,2 (B) γ ±,1＞ γ ±,2 (C) γ ±,1＜ γ ±,2 (D) γ ±,1≥ γ ±,2 4、金属与溶液间电势差的大小和符号主要取决于: ( ) (A) 金属的表面性质 (B) 溶液中金属离子的浓度 (C)金属与溶液的接触面积 (D)金属的本性和溶液中原有的金属离子浓度 5、金属活性排在H 2之前的金属离子,如Na + 能优先H +在汞阴极上析出,这是由于：（ ） (A) φθ(Na +/ Na) < φ θ(H +/ H 2) (B) η (Na) < η (H 2) (C) φ (Na +/ Na) < φ (H +/ H 2) (D) H 2在汞上析出有很大的超电势, 以至于φ (Na +/Na) > φ (H +/H 2) 6、已知Λ ()K O H m 291,2∞=4.89×10-2-1 2 mol m S ??，此时(291K)纯水中的m (H +) =m (OH -) =7.8×10-8 mol ·kg -1 ，则该温度下纯水的电导率为（ ） (A)3.81×10-9 S ·m -1 （B ）3.81×10-6 S ·m -1 (C)7.63×10-9 S ·m -1 （D ）7.63×10-6 S ·m -1 7、基元反应体系aA + dD → gG 的速率表达式中，不正确的是：( ) (A) -d[A]/dt = k A [A]a [D]d ； (B) -d[D]/dt = k D [A]a [D]d ； (C) d[G]/dt = k G [G]g ； (D) d[G]/dt = k G [A]a [D]d 。 8、某反应速率常数k = 2.31 × 10-2mol -1·dm 3·s -1，反应起始浓度为1.0 mol ·dm -3，则其反应半衰期为： ( ) (A) 43.29 s ； (B) 15 s ； (C) 30 s ； (D) 21.65 s 。 9、反应A + B → C + D 的速率方程为r = k[A][B] ，则反应：( ) (A) 是二分子反应 ； (B) 是二级反应但不一定是二分子反应 ； (C) 不是二分子反应 ； (D) 是对A 、B 各为一级的二分子反应 。 10、有关绝对反应速率理论的叙述中，不正确的是： ( ) (A) 反应分子组实际经历途径中每个状态的能量都是最低 ； (B) 势能垒是活化络合物分子在马鞍点的能量与反应物分子的能量之差 ； (C) 活化络合物在马鞍点的能量最高 ； (D) 反应分子组越过马鞍点后可能返回始态 。 11、在低于室温的温度下，在固体表面上的气体吸附一般是什么形式：( ) (A) 形成表面化合物 ； (B) 化学吸附 ； (C) 液化 ； (D) 物理吸附 。 第一章几何结晶学基础 1-1.晶体、晶胞的定义；空间格子构造的特点；晶体的基本性质。 1-2.参网页上的模型，运用对称要素组合定律，写出四方柱、六方柱、四方 四面体、斜方双锥、六八面体、三方柱、复三方三角面体、四六面体的点群符号，并写出其所属的晶系和晶族。 1-3.参阅网页上的模型，请确定单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六 方双锥、和聚型中2、3、4号模型在晶体定向中，各晶体的晶轴分别与哪些对称 轴重或晶棱方向平行？ 1-4.请写出单型三方柱、四方柱、四方双锥、六方柱、菱面体、斜方双锥各晶 面的主要晶面符号。 1-5.请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号：1、2、3、4。两个对称面相互成 1）60°、2）90°、3）45°、4）30°，可组合成什么点群？ 1-6.由两根相交的二次轴互成1）90°、2）60°、3）45°、4）30°，可以组 合成什么点群？试在面心立方格子中画出菱面体格子 1-7.一晶面在X、Y、Z轴分别截得2、4、6个轴单位，请写出此晶面符号。 1-8.作图表示立方晶体的（123）、（012）、（421）晶面。 1-9.在六方晶体中标出晶面（0001）、（2110）、（1010）、（1120）、（1210）的位臵。 1. 答：晶体最本质的特点是其内部的原子、离子、或原子集团在三维空间以一 定周期性重复排列而成 , 晶体的空间格子构造有如下特点：结点空间格子中的 点，在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位臵，因此也称为晶体结构中的 等同点位臵。行列结点在一维方向上的排列 . 空间格子中任意两个结点连接的 方向就是一个行列方向。面网结点在平面上的分布构成面网。空间格子中，不 在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网。平行六面体空间格子中的最 小单位。它由六个两两平行且大小相等的面组成。 晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质，这些性质完全来源于晶体的空间格 子构造。晶体的基本性质主要包括以下五点： 1 ） . 自限性（自范性），指晶体在适当条件下自发形成封闭几何多面体的性 质。晶体的的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。暴露在空间的晶体外表，如晶面、晶棱与角顶分别对应其晶体空间格子中的某一个面网、行列和结点。 2 ） . 结晶均一性，指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质。因为以晶体 的格子构造特点衡量，晶体不同部分质点分布规律相同，决定了晶体的均一性。 3 ） . 对称性，指晶体中的相同部分在不同方向上或不同位臵上可以有规律地 重复出现。这些相同部位可以是晶面、晶棱或角顶。晶体宏观上的对称性反映了 其微观格子构造的几何特征。 《无机材料科学基础》 绪论 1、材料的发展动向及本课程的重要地位； 2、本课程的特色及基本要求。 3、无机材料物理化学的科学内涵 4、无机材料物理化学的研究方法 5、参考文献 第一章结晶学基础 §1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授 §1-7 晶体化学基本原理 一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律） 1、数量关系 2、大小关系 3、极化性能 二、决定晶体结构的基本因素 （一）原子半径和离子半径 （二）球体紧密堆积原理 1、等径球的最紧密堆积及其空隙 （1）六方最紧密堆积 1）六方最紧密堆积方式 2）六方最紧密堆积特点 （2）面心立方最紧密堆积 1）立方最紧密堆积方法 2）立方最紧密堆积特点 （a）最紧密堆积的堆积系数 （b）紧密堆积中的空隙类型与数目 2、不等径球的堆积 一、配位数与配位多面体 1、配位数（CN） 2、配位多面体 二、离子极化 三、电负性（X） 四、鲍林规则（L.Pauling） （一）第一规则——配位多面体规则 1、第一规则的意义 2、配位数与临界半径比（极限半径比） （二）第二规则——电价规则（最重要的规则） 1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价 2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则 （四）第四规则——岛式规则 （五）第五规则——节约规则 作业：P37 1-10 四面体键角109.28； 思考题： P37 1-7； 1-9； 第二章 晶体结构与结构缺陷 §2-1 典型结构类型 一、金刚石结构与石墨结构 （一）描述晶体结构的方法 1．点坐标法—描述结构基元的位置 2．投影法—也叫标高法。 3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况； 4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。 （二）金刚石结构 （三）石墨结构 金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。 二、NaCl 型结构 NaCl 从化学式上说是属于AX 型化合物： （一）NaCl 型结构分析 NaC 晶体的空间群：Fm3m F ——表示布拉格点阵类型（面心立方） m ——表示对称面[在（001）面上有一对称面]； 3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴； m ——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面） [2- =m] 1、从堆积方式上分析 2、Na ＋、Cl －在晶体中的位置分布规律 （二）具有NaCl 型结构的物质有32种 氧化物：MgO 、CaO 、SrO 、BaO 、MnO 、FeO 、CoO 、NiO 氮化物：TiN 、LaN 、TiC 、ScN 、CrN 、ZrN 这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。 三、闪锌矿型结构——（ZnS -β） 1、立方型ZnS 结构分析 2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种 四、纤锌矿型结构——（ZnS -α） 1、六方ZnS 结构分析 2、具有六方ZnS 结构的晶体——有23种如： BeO 、ZnO 、AlN 五、萤石型（CaF 2）结构 （一）萤石结构 1、萤石结构分析 2、结构特点 （1）内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的 （2）可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中； 一. 选 择 题（每小题2分，共40分，请将答案填入下表。） 1. 气体分子的平动能为22/3 94h mV （式中m 为分子的质量，V 为容器的体积，h 是Planck 常数），则其能级的简并度为（ ）。 (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 6 2．水溶液中H +和OH -的电迁移率特别大，其原因是（ ）。 (A) 发生电子传导 (B) 发生质子传导 (C) 离子荷质比大 (D) 离子水化半径小 3.下列电解质溶液的浓度都为0.01mol·kg -1，离子平均活度因子最小的是（ ）。 (A) ZnSO 4 (B) CaCl 2 (C) KCl (D) LaCl 2 4.下列电池中能测定AgCl 的溶度积K sp 的是（ ）。 (A) Ag|AgCl(s)|KCl(aq)|I 2 (B) Ag|Ag +||Cl －|AgCl(s)|Ag (C) Ag|Ag +||Cl －|Cl 2|Pt (D) Ag|AgCl|Pt 5．将金属插入含该金属离子的溶液中，由于金属的溶解或溶液中金属离子在金属表面上沉积，可能使金属表面带上某种电荷，产生界面电势。若已知Zn│ZnSO 4电极的标准电极电势为－0.763V ，则金属锌表面上所带的电荷一定是（ ）。 (A) 正电荷 (B) 负电荷 (C) 不带电荷，因为溶液始终是电中性的 (D) 无法判断，正电荷和负电荷都有可能 6．用对消法测定电池的电动势时，下列电池中可作为标准电池的是（ ）。 (A)丹尼尔电池 (B)伏打电池 (C)韦斯登电池 (D)伽法尼电池 7.某一电池反应，若算得其电池电动势为负值时，表示此电池反应是 （ ）。 (A) 正向进行 (B) 逆向进行 (C) 不可能进行 (D) 反应方向不确定 晶体结构 名词解释 多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。 位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。 重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。 1.2晶格能与哪些因素有关？ 答：离子的电子结构；离子的晶体结构类型；正负离子平衡距离。林规则 1.3 鲍林规则 （1）配位数规则：晶体结构中，阳离子周围形成一个阴离子配位多面体，阳离子的配位数取决于阳离子和阴离子半径之比。根据不同的配位数，从几何关系可以计算出阴阳离子半径比的上、下限范围。因而，可根据r+/r-值求得阳离子的配位数。 （2）静电价规则：在稳定的离子晶体结构中，所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电建强度，等于阴离子的电荷数。设S为中心阳离子到达每一配位阴离子的静电建强度，Z为该阳离子的电荷数，n为阳离子配位数，则可得S=Z/n。又设W为阴离子电荷数，m为阴离子配位数，则静电价规则规定m·S=W。静电键规则是离子晶体中较严格的规则，它使晶体保持总的电性平衡。本规则还可用于求得阴离子的配位数。 （3）配位多面体连接方式规则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性下降。对于电价高，配位数小的阳离子，此规则的效应更为显著。硅酸盐结构中，硅氧四面体的连接方式即为一例。 例1：以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6×1/6=1。 在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的体心位置）；由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8×1/4=2。 例2下列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臵）：下列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[Si2O6] Ca2Al[AlSiO7] Mg[Si4O10](OH)2 K[AlSi3O8] 第七章 电化学 7－1．用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20 A ，经过15 min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu ？ (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解：(1) m Cu ＝ 201560635462.F ???＝5.527 g n Cu ＝201560 2F ??＝0.09328 mol (2) 2Cl n ＝2015602F ??＝0.09328 mol 2Cl V ＝00932830015 100 .R .??＝2.328 dm 3 7－2．用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液，已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10－2g 。通电一段时间，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ，其中含有Pb (NO 3) 21.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解： M [Pb (NO 3) 2]＝331.2098 考虑Pb 2+：n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝262501151166103312098(..)..--??－11513312098..＋01658 21078682 ..? ＝3.0748×10－3－3.4751×10－3＋7.6853×10－4 ＝3.6823×10－4 mol t ＋(Pb 2+ )＝4 4 36823107685310..--??＝0.4791 考虑3NO -： n 迁＝n 后－n 前 ＝1151 3312098 ..－262501151166103312098(..)..--??＝4.0030×10－3 mol t －(3 NO -)＝4 4 40030107658310..--??＝0.5209 7－3．用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后，阴极上有0.078 g 的Ag 析出，阳极区溶液溶液质量为23.376g ，其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解： 考虑Ag +： n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝3233760236739101698731(..)..--??－023********..＋00781078682 .. ＝1.007×10－ 3－1.3893×10－ 3＋7.231×10－ 4 第八章 电化学 选择题 1．离子独立运动定律适用于 (A) 强电解质溶液 (B) 弱电解质溶液 (C) 无限稀电解质溶液 (D) 理想稀溶液 答案：C 3. 在电导测量实验中, 应该采用的电源是 (A) 直流电源 (B) 交流电源 (C) 直流电源或交流电源 (D) 测固体电导用直流电源, 测溶液电导用交流电源 答案：D 4. CaCl 2摩尔电导率与其离子的摩尔电导率的关系是 (A))()()(22- ∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m (B) ) (2)()(22- ∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m (C))()(21)(22-∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m (D))}()({21)(22-∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m 答案：B 5.电池Cu ∣Cu +‖Cu 2+,Cu +∣Pt 和Cu ∣Cu 2+‖Cu +,Cu 2+∣Pt 的反应 均可简写作Cu+Cu 2+=2Cu +此电池的 (A) θ m r G ?、θ E 相同 (B) θm r G ?相同、θ E 不同 (C)θm r G ?不同、θE 相同 (D)θ m r G ?、θE 均不同 答案：B 6. 恒温、恒压下可逆电池放电过程 (A) ΔH=Q (B)ΔH 无机材料物理化学(贺蕴秋)考试题 一、填空 硅酸盐结构：岛状结构层状结构组群状结构链状结构架状结构 晶格能影响因素：离子半径离子电荷电子层构型 固溶体种类：填隙型置换型 决定离子晶体结构的基本因素：球体最紧密堆积配位数离子的极化电负性 固溶体影响因素：离子尺寸晶体的结构类型电负性 非化学计量化合物：阴离子空位型阳离子填隙型阴离子填隙型阴离子空位型位错类型：刃位错螺型位错 熔融三种冷却过程：结晶化玻璃化分相 玻璃冷却速率的影响因素：过冷度熔体黏度晶核形成速率晶核成长速率 玻璃在熔点的黏度越高越易形成玻璃，Tg/Tm>2/3时易形成玻璃 3T图中3T：时间温度转变 分子引力：定向力色散力诱导力 热缺陷：弗伦克尔缺陷肖特基缺陷 固体表面影响因素：表面粗糙度表面微裂纹 晶界：小角度晶界大角度晶界 润湿现象：附着润湿铺展润湿浸渍润湿 润湿的影响因素：粗糙度吸附膜 熔体黏度的影响因素：温度熔体组成 扩散机制：直接易位环形易位间隙扩散准间隙扩散空位扩散 由点缺陷（肖特基和弗兰克尔缺陷）引起的扩散为本征扩散，空位来源于掺杂而引起的扩散为非本征扩散。 黏附的影响因素：润湿性黏附功黏附面的张力相容性和亲和性 固相反应速率：化学反应速率扩散速率 烧结气氛：还原性氧化性中性 固态相变：一级相变二级相变 从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。 固体质点扩散的推动力：化学位梯度 液－固相变过程的推动力：过冷度 烧结过程的推动力：粉料表面能的降低 二、名词解释 晶格能：在0K时1mol离子化合物的各离子拆散成气体所需的能量 配位数：与一个原子或离子直接相邻的原子或离子数 离子极化：离子正负电荷的重心发生偏离产生偶极矩的现象 同质多晶：物质在不同温度、压力等热力学条件下呈现不同的晶体结构 点缺陷：在空间各方向上的尺度远小于晶体、晶粒尺度的缺陷 热缺陷：由晶体内部质点热运动而形成的缺陷 肖特基缺陷：原子离开平衡位置迁移至晶体表面格点位置，晶体内仅留有空隙的缺陷 弗伦克尔缺陷：原子离开平衡位置进入晶格间隙形成的缺陷 化学专业《物理化学》下册期末考试试卷（1）（时间120分钟） 1、0.001 mol ·kg -1 K 3[Fe(CN) 6] 水溶液的离子强度为：（ ） (A) 6.0×10-3 mol ·kg -1 (B) 5.0×10-3 mol ·kg -1 (C) 4.5×10-3 mol ·kg -1 (D) 3.0×10-3 mol ·kg -1 2、电导测定应用广泛，但下列问题中哪个是不能用电导测定来解决的（ ） (A)求难溶盐的溶解度 (B)求弱电解质的解离度 (C)求平均活度系数 (D)测电解质溶液的浓度 3、298 K 时， 0.005 mol ·kg -1 的 KCl 和 0.005 mol ·kg -1 的 NaAc 溶 液的离子平均活度系数分别为 γ ±,1和 γ ±,2,则有 ( ) (A) γ ±,1= γ ±,2 (B) γ ±,1＞ γ ±,2 (C) γ ±,1＜ γ ±,2 (D) γ ±,1 ≥ γ ±,2 4、金属与溶液间电势差的大小和符号主要取决于: ( ) (A) 金属的表面性质 (B) 溶液中金属离子的浓度 (C)金属与溶液的接触面积 (D)金属的本性和溶液中原有的金属离子浓度 5、金属活性排在H 2之前的金属离子,如Na + 能优先H +在汞阴极上析出,这是由于：（ ） (A) φθ (Na +/ Na) < φ θ(H +/ H 2) (B) η (Na) < η (H 2) (C) φ (Na +/ Na) < φ (H +/ H 2) (D) H 2在汞上析出有很大的超电势, 以至于φ (Na +/Na) > φ (H +/H 2) 6、已知Λ()K O H m 291 ,2∞=4.89×10-2 -12mol m S ??，此时(291K)纯水中的m (H +) =m (OH -) =7.8×10-8 mol ·kg -1，则该温度下纯水的电导率为（ ） (A)3.81×10-9 S ·m -1 （B ）3.81×10-6 S ·m -1 (C)7.63×10-9 S ·m -1 （D ）7.63×10-6 S ·m -1 7、基元反应体系aA + dD → gG 的速率表达式中，不正确的是：( ) (A) -d[A]/dt = k A [A]a [D]d ； (B) -d[D]/dt = k D [A]a [D]d ； (C) d[G]/dt = k G [G]g ； (D) d[G]/dt = k G [A]a [D]d 。 学院： 年级/班级： 姓名： 学号： 装 订 线 内 不 要 答 题 一 名词解释（每题5分，共20分） 1. 配位数 2. 玻璃体 3. 弗伦克尔缺陷 4. 凝聚系统 二 填空题（每空1分，共10分） 1. 二元系统相图中，界线上表示 相平衡，无变量点上表示 相平衡。 2. 三元凝聚系统相图中，当P=1时，F= 。 3. 离子晶体结构中，正负离子半径比决定了 。 4. 玻璃结构参数中，X 是指 ，Y 是指 ，Z 是指 ，R 是指 。 5. 依互溶度大小，固溶体分 和 。 三 选择题（每题2分，共10分） 1. 在三元系统相图中，如果具有七个副三角形，则相图中 无变量点的个数可能为（ ） Ａ、０ Ｂ、６ Ｃ、７ 2. 随温度的升高，熔体的粘度将（ ） A 、变大 B 、变小 C 、不变 3. 吸附现象使材料的表面能（ ） A 、升高 B 、降低 C 、不变 4. 原子扩散的驱动力是（ ） A 、组元的浓度梯度 B 、组元的化学位梯度 C 、温度梯度 5. 等径球体作密堆积时，其空隙分为两种，这两种空隙分别为（ ） A 、四面体与面心立方 B 、八面体与体心立方 C 、四面体与八面体 四 问答题 （共40分） 1. 简述固体表面粗糙度对润湿性的影响？(10分) 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。试举例写出CaCl 2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。(15分) 3. 影响粘土可塑性的因素有哪些？生产上可以采用什么措施来提高或降低粘土的可塑性以满足成型工艺的需要？(15分) 五 相图分析（20分） 1. 划分副三角形； 2. 标出各条界线上的温度变化方向； 3. 判断各无变点的性质； 4. 写出各无变点的平衡反应式； 5. 写出组成为M 点的熔体析晶的路程。 B S 第十章 界面现象 10－1 请回答下列问题： (1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？ (2) 在一个封闭的钟罩，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？ (3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？ (5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？ 答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。 10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面力为0.4865 N ·m －1。 解： 3143r π＝N ×3243r π N ＝3132 r r ΔG ＝2 1 A A dA γ? ＝γ(A 2－A 1)＝4πγ·( N 22 r －21 r )＝4πγ·(3 12 r r －21r )物理化学课后答案
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Q (D)ΔH 、Q 关系不定 答案：B 7．298K 时，当H 2SO 4溶液的浓度从0.01mol/kg 增加到0.1mol/kg 时，其电导率κ和摩尔电导率Λm 将 (A) κ减小，Λm 增加 (B) κ增加，Λm 增加 (C) κ减小，Λm 减小 (D) κ增加，Λm 减小 答案：D 8．下列电解质中，离子平均活度系数最大的是 Ａ. 0.01 mol/kg NaCl B. 0.01 mol/kg CaCl 2 C ．0.01 mol/kg LaCl 3 D. 0.01 mol/kg CuSO 4 答案：A 9.用同一电导池分别测定浓度为0.01mol/kg 和0.1mol/kg 的两个电解质溶液，其电阻分别为1000Ω和500Ω，则它们的摩尔电导率之比为 (A) 1:5 (B) 5:1 (C) 10:5 (D) 5:10 答案：B 9．电极Tl 3+，Tl +/Pt 的电势为θ1E =1.250 V ，电极Tl +/Tl 的电势
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