材料科学基础课后习题及答案Word文件下载.docx
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氢键是两个电负性较大的
原子相联合形成的键，拥有饱和性。
2-6
等径球最密切聚积的缝隙有哪两种？
一个球的四周有多少个四周体缝隙、
多少个八面体
缝隙？
等径球最密切聚积有六方和面心立方密切聚积两种，一个球的四周有
8个四周体缝隙、
6个八面体缝隙。
2-7n个等径球作最密切聚积时可形成多少个四周体缝隙、多少个八面体缝隙？
不等径球是如何进行聚积的？
n个等径球作最密切聚积时可形成n个八面体缝隙、2n个四周体缝隙。
不等径球体进行密切聚积时，能够当作由大球按等径球体密切聚积后，小球按其大小分
别填补到其缝隙中，稍大的小球填补八面体缝隙，稍小的小球填补四周体缝隙，形成不
等径球体密切聚积。
2-8写出头心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：
（000）、（001）（100）（101）（110）（010）（011）（111）（0）（0）（0）
（1）
（1）
（1）。
2-9计算面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、聚积系数。
：
面心：
原子数4，配位数6，聚积密度
六方：
原子数6，配位数6，聚积密度
2-10依据最密切聚积原理，空间利用率越高，构造越稳固，金刚石构造的空间利用率很低
（只有％），为何它也很稳固？
最密切聚积原理是成立在质点的电子云散布呈球形对称以及无方向性的基础上的，
故只
合用于典型的离子晶体和金属晶体，而不可以用最密聚积原理来权衡原子晶体的稳固性。
此外，
金刚石的单键个数为4，即每个原子四周有4个单键（或原子），由四周体以共顶方式共价联合形成三维空间构造，所以，固然金刚石构造的空间利用率很低（只有％），可是它也很
稳固。
2-11证明等径圆球六方最密聚积的缝隙率为％。
设球半径为a，则球的体积为，球的z=4，则球的整体积（晶胞），立方体晶胞体积：
33
（2a）=16a，空间利用率=球所占体积/空间体积=%，缝隙率=%=%。
2-12
金属镁原子作六方密聚积，测得它的密度为
cm3，求它的晶胞体积。
3
设晶胞的体积为V,相对原子质量为M,则晶胞体积nm
2-13依据半径比关系，说明以下离子与
2—
配位时的配位数各是多少？
已知
2－
＝，rSi
4＋
＝，
O
rO
＋
3＋
2＋
＝。
rK
＝，rAl
＝，rMg
关于Si
4++
3+
2+
、K、Al
、Mg来说，其挨次是、、、；
依照正离子配位数与正负离子半径比
的关系知配位数为：
Si
4+
+
4；
K8；
Al
6；
Mg6。
2-14为何石英不一样系列变体之间的转变温度比同系列变体之间的转变温度高得多？
石英同一系列之间的转变是位移性转变，不波及晶体构造中键的破碎和重修，仅是键长、
键角的调整、需要能量较低，且转变快速可逆；
而不一样系列之间的转变属于重修性转变，都
波及到旧键的破碎和新键的重修，因此需要较的能量，且转变速度迟缓；
所以石英不一样系列之间的转变温度比同系列变体之间转变的温度要高的多。
2-15有效离子半径可经过晶体构造测定算出。
在下边NaCl型构造晶体中，测得MgS和MnS
的晶胞参数均为a＝（在这两种构造中，阴离子是相互接触的）。
若CaS（a＝）、CaO（a
＝）和MgO（a＝）为一般阳离子－阴离子接触，试求这些晶体中各离子的半径。
MgS中a=，阴离子相互接触，a=2r-，∴rS2-=；
CaS中a=，阴－阳离子相互接触，a=2（r++r-），
Ca2+
-
O2-
+-
Mg2+
∴r=；
CaO中a=，a=2（r
+r
），∴r=；
MgO中a=，a=2（r+r
），∴r=。
2-16氟化锂（LiF）为NaCl型构造，测得其密度为
cm3，依据此数据计算晶胞参数，并将此
值与你从离子半径计算获取数值进行比较。
设晶胞的体积为
V,相对原子质量为
M,关于NaCl型构造来说，其
n=4,
则晶胞体积nm
则晶胞参数：
依据离子半径计算：
a=2（r++r-）=∴<
2-17Li2O的构造是
2－
作面心立方聚积，
Li
占有所有四周体缝隙地点，氧离子半径为。
求：
（1）计算负离子相互接触时，四周体缝隙所能容纳的最大阳离子半径，并与书末附表
Li＋
半径比较，说明此时
O2－可否相互接触；
2）依据离子半径数据求晶胞参数；
3）求Li2O
的密度。
解：
依据上图GO=FO=rmax，AB=BC=AC=AD=BD=CD=2
由几何关系知：
=
比Li+的离子半径rLi+=小，所以此时O2-不可以相互接触。
晶胞参数=
Li2O的密度g/cm3
2-18MgO和CaO同属NaCl型构造，而它们与水作用时则
CaO要比MgO开朗，试解说之。
因为r
>
r
，使CaO构造较MgO松散，HO易于进入，所以开朗。
Mg
与r
Ca
不一样，r
2
2-19CaF2的晶胞参数为。
（1）依据CaF2晶胞立体图画出CaF2晶胞在（001）面上的投影图；
（2）画出CaF2（110）面上的离子摆列简图；
（3）正负离子半径之和为多少？
解
（1）
CaF2晶胞在（001）面上的投影图
（2）
CaF2（110）面上的离子摆列简图
（3）正负离子半径之和
2-20计算CdI2晶体中的I－及CaTiO3晶体中O2－的电价能否饱和？
CdI2晶体中Cd2+的配位数CN=6，I-与三个在同一边的Cd2+相连，且I-的配位数CN=3
所以，即I-电价饱和
2-
的配位数CN=6
CaTiO
晶体中，Ca的配位数CN=12，Ti
的配位数CN=6，O
所以，即O2-电价饱和。
2-21
（1）画出O2－作面心立方聚积时，各四周体缝隙和八面体缝隙的所在地点（以一个晶
胞为构造基元表示出来）；
（2）计算四周体缝隙数、八而休缝隙数与O2－数之比
解
（1）略
（2）四周体缝隙数与O2－数之比为2:
1，八面体缝隙数与O2－数之比为1:
1
2-22依据电价规则，在下边状况下，缝隙内各需填入何种价数的阳离子，并对每一种构造
举出—个例子。
（1）所有四周体缝隙地点均填满；
（2）所有八面体缝隙地点均填满；
（3）填满—半四周体缝隙地点；
（4）填满—半八面体缝隙地点。
分别为
（1）阴阳离子价态比应为1:
2如CaF2
（2）阴阳离子价态比应为1:
1如NaCl
（3）阴阳离子价态比应为1:
1如ZnS（4）阴阳离子价态比应为1:
2如TiO2
2-23化学手册中给出NHCl
的密度为cm3，X射线数听说明
NHCl有两种晶体构造，一种为
4
NaCl型构造，a＝；
另一种为
CsCl构造，a＝。
上述密度值是哪一种晶型的？
NH4
＋离子作
为一个单元占有晶体点阵）。
若NH4Cl为NaCl构造
则可由公式可得：
=cm
构造，
若NHCl为NaCl
由计算可知NaCl型构造的NH4Cl与化学手册中给出NH4Cl的密度凑近，所以该密度
NaCl晶型
2-24MnS有三种多晶体，其中两种为
NaCl型构造，一种为立方ZnS型构造，当有立方型ZnS
构造转变为NaCl型构造时，体积变化的百分数是多少？
2＋
＝；
CN
CN＝6时，rMn
＝，rS
＝4时，rMn
当为立方ZnS型构造时：
2+2-
当为NaCl型构造时：
=2（rMn+rS）=2+=
所以体积变化：
=%
2-25钛酸钡是一种重要的铁电陶瓷，其晶型是钙钛矿构造，试问：
（1）属于什么点阵？
（2）
这个构造中离子的配位数为若干？
（3）这个构造恪守鲍林规则吗？
请作充足议论。
（1）属于立方晶系
（2）Ba2+、Ti4+和O2-的配位数分别为
12、6和6
（3）这个构造恪守鲍林规则
鲍林第一规则——配位多面体规则
关于Ti4+配位数为6
关于Ba2+配位数为12
切合鲍林第一规则
鲍林第二规则——电价规则
即负离子电荷Z-=则O2-离子电荷=与O2-离子电荷相等，
故切合鲍林第二规则，又依据钙钛矿型构造知其配位多面体不存在共棱或共面的状况，
构造
状况也切合鲍林第四规则——不一样配位体连结方式规则和鲍林第五规则——节俭规则
所以钙钛矿构造恪守鲍林规则。
2-26硅酸盐晶体构造有何特色？
如何表征其学式？
硅酸盐晶体构造特别复杂，但不一样的构造之间拥有下边的共同特色：
（1）构造中的Si4+离子位于O2-离子形成的四周体中心，构成硅酸盐晶体的基本构造单元
[SiO4]四周体。
Si-O-Si是一条夹角不等的折线，一般在145°
左右。
（2）[SiO4]四周体的每个极点，即
O2-离子最多只好为两个
[SiO4]四周体所共用。
（3）两个相邻的
[SiO4]四周体之间只好共顶而不可以共棱或共面连结。
（4）[SiO4]四周体中心的Si4+离子能够部分地被Al3+离子所代替，代替后构造自己不发生太大变化，即所谓的同晶代替，但晶体的性质发生了很大的变化。
这为资料的改性供给了可能。
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必定的比率温次序所有写出来，先是
物，其次是2价、3价的金属氧化物，最后是SiO2
1价的碱金属氧化
（2）无机络合盐表示法
构成硅酸盐晶体的所有离子按必定的比率温次序所有写出来，再把有关的络阴离子用中括号
离子和
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
OH
离子。
氧化物表示法的长处在于了如指掌的反响出晶体的化学构成，
能够按此配料来进行晶体的实
验室合成。
用无机络合盐法例能够比较直观的反响出晶体所属的构造种类，
从而能够对晶体
构造及性质作出必定程度的展望。
两种表示方法之间能够相互变换。
2-27硅酸盐晶体的分类依照是什么？
可分为那几类，每类的构造特色是什么？
硅酸盐晶体主若是依据[SiO4]在构造中的摆列联合方式来分类，详细能够分为五类：
岛状、组群状、链状、层状和架状。
构造和构成上的特色见下表：
构造种类
[SiO4]共用O2-数形状
络阴离子团
Si:
I岛状
四周体
[SiO
4-
1:
]
组群状
双四周体
[Si
7
6-
O]
三节环
9
四节环
[Si4O12]8-
六节环
[Si6O18]12-
链状
单链
[Si2O6]4-
2、3
双链
[Si4O11]6-
4:
11
层状
平面层
[Si4O10]4-
10
架状
骨架
[SiO4]4-
[（Al
xSi4-x）O8]x-
2-28以下硅酸盐矿物各属何种构造种类：
Mg2[SiO4]，K[AlSi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10]（OH）2，Ca2Al[AlSiO7]。
分别为岛状；
架状；
单链；
层状（复网）；
组群（双四周体）。
2-29依据Mg[SiO
]在（100）面的投影图回答：
（1）构造中有几种配位多面体，各配位多
面体间的连结方式如何？
2）O2－的电价能否饱和？
3）晶胞的分子数是多少？
4）Si4
所占的四周体缝隙和八面体缝隙的分数是多少？
和Mg
（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-，不一样层的[MgO6]八面体共顶，如1[MgO6]和51[MgO6]共顶是
22O2-，
6
共棱，
同层的[MgO]与[SiO
]共顶，如T[MgO]和7[SiO
]共顶22O
，不一样层的[MgO]
与[SiO]
T[MgO]和43[SiO
和
]共28O
28O；
（2）O2-与3个[MgO6]和1个[SiO4]，，所以O2-饱和
（3）z=4；
（4）Si
占四周体缝隙
=1/8，Mg占八面体缝隙=1/2。
2-30石棉矿如透闪石
CaMg[Si
O]（OH）
拥有纤维状结晶习惯，而滑石
Mg[Si
O]（OH）
5
2却拥有片状结晶习惯，试解说之。
透闪石双链构造，链内的Si-O键要比链5的Ca-O、Mg-O键强好多，所以很简单沿链间结协力较弱处劈裂成为纤维状；
滑石复网层构造，复网层由两个[SiO4]层和中间的水镁石层
构造构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作使劲联系，因分子间力衰，所以易沿分子间力联系处解理成片状。
2-31石墨、滑石和高岭石拥有层状构造，说明它们构造的差异及由此惹起的性质上的差异。
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
是六边形网状构造。
因为空隙较大，电子可在同层中运动，能够导电，层间分子间力作用，所以石墨比较软。
滑石和高岭石差异主若是滑石是
Mg2+代替Al3+的2:
1型构造八面体层为三八面体型构造而高
岭石为1:
1型二八面体构造
2-32
（1）在硅酸盐晶体中，Al3＋为何能部分置换硅氧骨架中的
Si4＋；
（2）Al3＋置换Si4
＋后，对硅酸盐构成有何影响？
3）用电价规则说明
Al3＋置换骨架中的Si
4＋时，往常不超
过一半，不然将使构造不稳固。
5-
（1）Al可与
O形成[AlO
；
Al
与Si
处于第二周期，性质近似，易于进入硅酸盐晶
体构造中与Si4+发生同晶代替，因为依照鲍林规则，所以只好部分代替；
2）Al3+置换Si4+
是部分代替，Al3+代替Si4+时，构造单元[AlSiO4][ASiO
5]，失掉了电中性，有剩余的负电荷，
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+进入构造中；
（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，若代替超出一半，二者相差必定>
1/4，造成构造不稳固。
第三章答案
3-2略。
3-2试述位错的基本种类及其特色。
位错主要有两种：
刃型位错和螺型位错。
刃型位错特色：
滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有剩余半片原子面。
螺型位错特色：
滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。
3-3
非化学计量化合物有何特色？
为何非化学计量化合物都是
n型或
p型半导体资料？
非化学计量化合物的特色：
非化学计量化合物产生及缺点浓度与氛围性质、压力有关；
能够看作是高价化合物与廉价化合物的固溶体；
缺点浓度与温度有关，这点能够从均衡常数
看出；
非化学计量化合物都是半导体。
因为负离子缺位和空隙正离子使金属离子剩余产生金
属离子剩余（n型）半导体，正离子缺位和空隙负离子使负离子剩余产生负离子剩余（p型）
半导体。
3-4影响置换型固溶体和空隙型固溶体形成的要素有哪些？
影响形成置换型固溶体影响要素：
（1）离子尺寸：
15%规律：
1.（R1-R2）/R1>
15%不连续。
2.<
15%连续。
3.>
40%不可以形成固熔体。
（2）离子价：
电价相同，形成连续固熔体。
晶体构造要素：
基质，杂质构造相同，形成连续固熔体。
（4）场强要素。
（5）电负性：
差值小，形成固熔体。
差值大形成化合物。
影响形成空隙型固溶体影响要素：
（1）杂质质点大小：
即增添的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。
（2）晶体（基质）构造：
离子尺寸是与晶体构造的关系亲密有关的，在必定程
度上来说，构造中空隙的大小起了决定性的作用。
一般晶体中缝隙愈大，构造愈松散，易形成固溶体。
（3）电价要素：
外来杂质原子进人空隙时，必定惹起晶体构造中电价的不均衡，
这时能够经过生成空位，产生部分代替或离子的价态变化来保持电价均衡。
3-5试剖析形成固溶体后对晶体性质的影响。
影响有：
（1）稳固晶格，阻挡某些晶型转变的发生；
（2）活化晶格，形成固溶体后，
晶格构造有必定畸变，处于高能量的活化状态，有益于进行化学反响；
（3）固溶加强，溶
质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度高升；
（4）形成固溶体后对资料物理性质的影响：
固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。
固溶
体的强度与硬度常常高于各组元，而塑性则较低
3-6说明以下符号的含义：
VNa，VNa'
，VCl˙，（VNa'
VCl˙），CaK˙，CaCa，Cai˙˙
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+占有K.地点，带一个单位正电荷；
Ca原子位于Ca原子地点上；
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