无机非金属材料科学基础课后习题答案

第一章答案

20、（1）略；

（2）四面体空隙数/O2-数=2:1，八面体空隙数/O2-数=1:1； （3）(a)CN=4，z+/4×8=2，z+=1，Na2O，Li2O；(b)CN=6，z+/6×6=2，z+=2，FeO，MnO；（c）CN=4，z+/4×4=2，z+=4，ZnS，SiC；(d)CN=6，z+/6×3=2，z+=4，MnO2。

21、解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。

22、解：（1）有两种配位多面体，[SiO4]，[MgO6]，同层的[MgO6]八面体共棱，如59[MgO6]和49[MgO6]共棱75O2-和27O2-，不同层的[MgO6]八面体共顶，如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是22O2-，同层的[MgO6]与[SiO4]共顶，如T[MgO6]和7[SiO4]共顶22O2-，不同层的[MgO6]与[SiO4]共棱，T[MgO6]和43[SiO4]共28O2-和28O2-；

（3）z=4；

（4）Si4+占四面体空隙=1/8，Mg2+占八面体空隙=1/2。

23、解：透闪石双链结构，链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。

24、解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成大Π键，每一层都是六边形网状结构。由于间隙较大，电子可在同层中运动，可以导电，层间分子间力作用，所以石墨比较软。

25、解：（1）Al3+可与O2-形成[AlO4]5-；Al3+与Si4+处于第二周期，性质类似，易于进入硅酸盐晶体结构中与Si4+发生同晶取代，由于鲍林规则，只能部分取代；（2）Al3+置换Si4+是部分取代，Al3+取代Si4+时，结构单元[AlSiO4][ASiO5]，失去了电中性，有过剩的负电荷，为了保持电中性，将有一些半径较大而电荷较低的阳离子如K+、Ca2+、Ba2+进入结构中；（3）设Al3+置换了一半的Si4+，则O2-与一个Si4+一个Al3+相连，阳离子静电键强度=3/4×1+4/4×1=7/4，O2-电荷数为-2，二者相差为1/4，若取代超过一半，二者相差必然>1/4，造成结构不稳定。

第二章答案

1、解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 2、解：（1）NaCl（2）CaCl2（3）O

NaCa’+ ClCl + VCl·

CaNa· + 2ClCl + VNa’

VNa’ + VCl· VAg’ + Agi·

（4）AgAg

3、解：设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=(4.20)3，x=ρVN0/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04。

4、解：（a）根据热缺陷浓度公式 n/N=exp(-E/2RT)，E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J,

T=298k：n/N=1.92×10-51，T=1873k：n/N=8.0×10-9； （b）在MgO中加入百万分之一的AL2O3，AL2O3

2ALMg· + VMg’’ + 3OO，

∵[AL2O3]= 10-6，∴[杂质缺陷]=3×10-6/2=1.5×10-6，∴比较可知，杂质缺陷占优。

5、解：n/N=exp(-E/2RT)，R=8.314，T=1000k：n/N=6.4×10-3；T=1500k：n/N=3.5×10-2。

6、解：Fe2O3

2FeFe· + 3OO + VFe’’

y 2y y Fe3+2yFe2+1-3yO，

X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O

[VFe’’]=

==2.22×10-2

7、解：Zn(g)Zni· + e’, Zn(g) + 1/2O2 = ZnO , Zni· + e’+ 1/2O2

ZnO , [ZnO]=[e’]， ∴PO2O2(g)

[Zni·]

ρ

OO + VFe’’ + 2h

k=[OO][ VFe’’][h·]/PO21/2=4[OO][ VFe’’]3/ PO21/2 , [ VFe’’] ∝PO2-1/6， ∴ PO2

8、解：刃位错：位错线垂直于错线平行于

位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位

[ VFe’’]

ρ

位错线平行于位错运动方向。

10、解：排斥，张应力重叠，压应力重叠。 11、解：晶界对位错运动起阻碍作用。

12、解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有一、两个原子的大小，不适用于大角度晶界。

13、解：（1）原子或离子尺寸的影响，△r<15%时，可以形成连续固溶体；△r=15%～30%时，只能形成有限型固溶体；△r>30%很难或不能形成固溶体；△r愈大，固溶度愈小；（2）晶体结构类型的影响，只有两种结构相同和△r<15%时才是形成连续固溶体的充分必要条件；（3）离子类型和键性，相互置换的离子类型相同，化学键性质相近，容易形成固溶体体；（4）电价因素，不等价置换不易形成连续固溶体。

14、解： 固溶体 机械混合物 化合物 形成原因 以原子尺寸“溶解”生成 粉末混合 原子间相互反映生成 单相均匀 遵守定比定律 相数 单相均匀 多相 / 有几种混合物就有多少化学组成 化学计量 不遵守定比定律 化学组成 不确定 确定 15、解：固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷，是晶体结构缺陷，都是单相均匀的固体，结构同主晶相。 热缺陷——本征缺陷；固溶体——非本征缺陷； 分类 形成形成原因 条件 缺陷反应 化学式 溶解度、缺陷浓度 热肖特基 缺弗伦克陷 尔 热起伏 T>0k OMMVM’’+ Vx·· Mi··MX MX + VM’’ 只受温度控制 大无限，有限，置换，间隙 搀杂 溶解 小，电负性，电价，结构 非化学计量环境中气愤性 质和压力 无：受温度控制 有：搀杂量<固溶度 受温度控制 搀杂量>固溶度 受固溶度控制 固溶体 阳缺 阴间 阳间 阴缺 Fe1-xO UO2+x Zn1+xO TiO2_x [h·]∝PO2-1/6 [Oi’’] ∝PO2-1/6 [Zni··] ∝PO2-1/6 [VO··] ∝PO2-1/6