材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题与答案第二章

. . . .

即负离子电荷Z=

-则O离子电荷=

2-

与O离子电荷相等，

2-

故符合鲍林第二规则，又根据钙钛矿型结构知其配位多面体不存在共棱或共面的情况，结构情况也符合鲍林第四规则——不同配位体连接方式规则和鲍林第五规则——节约规则 所以钙钛矿结构遵守鲍林规则。

2-26硅酸盐晶体结构有何特点？怎样表征其学式？

答：硅酸盐晶体结构非常复杂，但不同的结构之间具有下面的共同特点：

（1）结构中的Si离子位于O2-离子形成的四面体中心，构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。Si-O-Si是一条夹角不等的折线，一般在145°左右。

（2）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-离子最多只能为两个[SiO4]四面体所共用。 （3）两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。

（4）[SiO4]四面体中心的Si离子可以部分地被Al离子所取代，取代后结构本身不发生太大变化，即所谓的同晶取代，但晶体的性质发生了很大的变化。这为材料的改性提供了可能。 硅酸盐的化学式表征方法主要有以下两种： （1）氧化物表示法

将构成硅酸盐晶体的所有氧化物按一定的比例和顺序全部写出来，先是1价的碱金属氧化物，其次是2价、3价的金属氧化物，最后是SiO2 （2）无机络合盐表示法

构成硅酸盐晶体的所有离子按一定的比例和顺序全部写出来，再把相关的络阴离子用中括号

3+4+2--括起来即可。先是1价、2价的金属离子，其次是Al离子和Si离子，最后是O离子和OH

离子。

氧化物表示法的优点在于一目了然的反应出晶体的化学组成，可以按此配料来进行晶体的实验室合成。用无机络合盐法则可以比较直观的反应出晶体所属的结构类型，进而可以对晶体结构及性质作出一定程度的预测。两种表示方法之间可以相互转换。

2-27硅酸盐晶体的分类依据是什么？可分为那几类，每类的结构特点是什么？

答：硅酸盐晶体主要是根据[SiO4]在结构中的排列结合方式来分类，具体可以分为五类：岛状、组群状、链状、层状和架状。结构和组成上的特征见下表：

4+

3+

4+

学习.参考

. . . .

结构类型 I岛状 组群状 [SiO4]共用O2-数 形状 0 1 2 2 2 四面体 双四面体 三节环 四节环 六节环 单链 双链 平面层 骨架 络阴离子团 [SiO4] [Si2O7] [Si3O9] [Si4O12] [Si6O18] [Si2O6] [Si4O11] [Si4O10] [SiO4] [(AlxSi4-x)O8] x-4-4-6-4-12-8-6-6-4-Si:O 1:4 2:7 1:3 1:3 1:3 1:3 4:11 4:10 1:4 1:4 链状 2 2、3 层状 架状 3 4 2-28下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：Mg2[SiO4]，K[AlSi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10]（OH）2，Ca2Al[AlSiO7]。

答：分别为岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。

2-29根据Mg2[SiO4]在（100）面的投影图回答：（1）结构中有几种配位多面体，各配位多

2－4

面体间的连接方式怎样？（2）O的电价是否饱和？（3）晶胞的分子数是多少？（4）Si＋2＋

和Mg所占的四面体空隙和八面体空隙的分数是多少？

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

2-2-2-49[MgO6]共棱75O和27O，不同层的[MgO6]八面体共顶，如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是22O，

2-同层的[MgO6]与[SiO4]共顶，如T[MgO6]和7[SiO4]共顶22O，不同层的[MgO6]与[SiO4]共棱，

2-2-T[MgO6]和43[SiO4]共28O和28O；

（2）O与3个[MgO6]和1个[SiO4]，

2-

，所以O饱和

2-

（3）z=4；

4+2+

（4）Si占四面体空隙=1/8，Mg占八面体空隙=1/2。

2-30石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg3[Si4O10]（OH）2却具有片状结晶习性，试解释之。

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。

2-31石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明它们结构的区别及由此引起的性质上的差异。

学习.参考

. . . .

解：石墨与滑石和高岭石比较，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。

滑石和高岭石区别主要是滑石是Mg取代Al3+的2:1型结构八面体层为三八面体型结构而高岭石为1:1型二八面体结构

2-32（1）在硅酸盐晶体中，Al为什么能部分置换硅氧骨架中的Si；（2）Al置换Si＋3＋4＋

后，对硅酸盐组成有何影响？（3）用电价规则说明Al置换骨架中的Si时，通常不超过一半，否则将使结构不稳定。

3+

2-45-3+

4+

3＋

4＋

3＋

4

2+

解：（1）Al可与O形成[AlO]；Al与Si处于第二周期，性质类似，易于进入硅酸盐晶

4+3+4+

体结构中与Si发生同晶取代，由于遵循鲍林规则，所以只能部分取代；（2）Al置换Si

3+4+

是部分取代，Al取代Si时，结构单元[AlSiO4][ASiO5]，失去了电中性，有过剩的负电荷，

+2+2+

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、Ca、Ba进入结构中；（3）

3+4+2-4+3+

设Al置换了一半的Si，则O与一个Si一个Al相连，阳离子静电键强度

2-=3/4×1+4/4×1=7/4，O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。

1. 若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。2. 若不是心宽似海，哪有人生风平浪静。在纷杂的尘世里，为自己留下一片纯静的心灵空间，不管是潮起潮落，也不管是阴晴圆缺，你都可以免去浮躁，义无反顾，勇往直前，轻松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些时间，总会看清一些事。用一些事情，总会看清一些人。有时候觉得自己像个神经病。既纠结了自己，又打扰了别人。努力过后，才知道许多事情，坚持坚持，就过来了。4.岁月是无情的，假如你丢给它的是一片空白，它还给你的也是一片空白。岁月是有情的，假如你奉献给她的是一些色彩，它奉献给你的也是一些色彩。你必须努力，当有一天蓦然回首时，你的回忆里才会多一些色彩斑斓，少一些苍白无力。只有你自己才能把岁月描画成一幅难以忘怀的人生画卷。

学习.参考