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1、第二章參考答案1. 原子間的結(jié)合鍵共有幾種?各自特點如何?類 型鍵合強弱形成晶體的特點離子鍵最強無飽和性和方向性:高配位數(shù)、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導電、熔態(tài)離子導電共價鍵強有飽和性和方向性:低配位數(shù)、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導電金屬鍵較強無飽和性和方向性:配位數(shù)高、結(jié)構(gòu)密堆、塑性較好、有光澤、良好的導熱、導電性氫鍵弱有飽和性和方向性;高分子化合物形成氫鍵數(shù)目巨大,對其熔點及力學等性能影響大;對小分子熔點、沸點、溶解性、黏度也有一定影響。范德華鍵最弱無飽和性和方向性:結(jié)構(gòu)密堆、高熔點、絕緣2. 為什么可將金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)問題歸結(jié)為等徑圓
2、球的密堆積問題? 答:金屬晶體中金屬原子之間形成的金屬鍵即無飽和性又無方向性, 其離域電子為所有原子共有,自由流動,因此整個金屬單質(zhì)可看成是同種元素金屬正離子周期性排列而成,這些正離子的最外層電子結(jié)構(gòu)都是全充滿或半充滿狀態(tài),電子分布基本上是球形對稱,由于同種元素的原子半徑都相等,因此可看成是等徑圓球。又因金屬鍵無飽和性和方向性, 為使體系能量最低,金屬原子在組成晶體時總是趨向形成密堆積結(jié)構(gòu),其特點是堆積密度大,配位數(shù)高,因此金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)問題歸結(jié)為等徑圓球的密堆積問題.3. 計算體心立方結(jié)構(gòu)和六方密堆結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)。 (1) 體心立方a :晶格單位長度R :原子半徑 ,n=2, (2)六方密堆
3、 n=64. 試確定簡單立方、體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)中原子半徑和點陣參數(shù)之間的關(guān)系。 解:簡單立方、體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)均屬立方晶系,點陣參數(shù)或晶格參數(shù)關(guān)系為,因此只求出a值即可。對于(1)fcc(面心立方)有, ,(2) bcc體心立方有: ;(3) 簡單立方有:,5. 金屬銣為A2型結(jié)構(gòu),Rb的原子半徑為0.2468 nm,密度為1.53g·cm-3,試求:晶格參數(shù)a和Rb 的相對原子質(zhì)量。解:其中, 為密度, 為晶格常數(shù), 晶胞體積,NA為阿伏加德羅常數(shù)6.022×1023 mol-1,M為原子量或分子量,n為晶胞中分子個數(shù),對于金屬則上述公式中的M為金屬原子的原子
4、量,n為晶胞中原子的個數(shù)。對A2型,為體心立方, 則有n=2, = 85.30 kg/mol 6. FCC結(jié)構(gòu)的鎳原子半徑為0.1243nm。試求鎳的晶格參數(shù)和密度。解:對于鎳金屬原子晶體,因?qū)倜嫘牧⒎剑?. 鈾具有斜方結(jié)構(gòu),其晶格參數(shù)為a=0.2854nm,b=0.5869nm,c=0.4955nm;其原子半徑為0.138nm,密度為19.05g×cm-3。試求每單位晶胞的原子數(shù)目及堆積系數(shù)。斜方晶系即正交晶系:abc, =8. 6個O2-離子環(huán)繞一個Mg2+離子,將離子看成硬球,其半徑分別是,。試求O2-離子之間隙距離。(巖鹽型結(jié)構(gòu): 負面心立方排列,正離子八面體間隙位 )解:
5、 代表Mg離子。代表O 離子9. 已知金屬鎳為A1型結(jié)構(gòu),原子間接觸距離為249.2pm,請計算:1)Ni立方晶胞的參數(shù);2)金屬鎳的密度;3)分別計算(100)、(110)、(111)晶面的間距。 解:對于面心立方A1型: 原子間接觸距離249.2pm=0.2492nm=2R, (1), (2)金屬鎳的密度:(3)對于立方晶系,面間距公式為: 因此有:(100) 晶面間距: =0.3525nm(110) 晶面間距: (111) 晶面間距: nm10. 試計算體心立方鐵受熱而變?yōu)槊嫘牧⒎借F時出現(xiàn)的體積變化。在轉(zhuǎn)變溫度下,體心立方鐵的晶格參數(shù)是0.2863nm,而面心立方鐵的點陣參數(shù)是0.359
6、lnm。解: 體心立方: V1=a3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm3 面心立方: V2= a3 = (0.3591nm)3 = 0.04630 nm3V=V2-V1=0.02284nm3, 因此體積增大0.02284 nm311. 單質(zhì)Mn有一種同素異構(gòu)體為立方結(jié)構(gòu),其晶胞參數(shù)為0.6326nm,密度r= 7.26 g×cm-3,原子半徑r = 0.112nm,計算Mn晶胞中有幾個原子,其堆積系數(shù)為多少? 12固溶體與(液體)溶液有何異同?固溶體有幾種類型? 固體溶液與液體溶液的共同點:均具有均一性、穩(wěn)定性,均為混合物,均存在溶解性問題(對固態(tài)溶液稱為固溶度,
7、對液體溶液稱為溶解度);1均一性:溶液各處的密度、組成和性質(zhì)完全一樣;2. 穩(wěn)定性:溫度不變,溶劑量不變時,溶質(zhì)和溶劑長期不會分離; 3混合物:溶液一定是混合物。固體溶液與液體溶液的不同點:固溶體的溶質(zhì)和溶劑均以固體形式出現(xiàn),而液體溶體的溶質(zhì)和溶劑均以液體形式出現(xiàn);固溶體:又稱固體溶液,指由一種或多種溶質(zhì)組元溶入晶態(tài)溶劑,并保持溶劑晶格類型所形成的單相晶態(tài)固體。固溶體按固溶度分可兩種類型:有限固溶體與無限固溶體;按溶質(zhì)原子在晶格中的位置可分為置換固溶體與填隙固溶體。13試述影響置換固溶體的固溶度的因素?答:有原子或離子半徑大小,電價,化學鍵性質(zhì),晶體結(jié)構(gòu)等因素。(1)原子或離子半徑大小: ,r
8、 < 15 %, 形成連續(xù)固溶體;15% < r < 30%, 形成有限固溶體;r 30%,難形成固溶體;(2)電價:兩種固體只有在離子價相同或同號離子的離子價總和相同時,才能滿足電中性要求,形成連續(xù)固溶體。(3)化學鍵相近,易形成連續(xù)固溶體。(4)晶體結(jié)構(gòu)類型相同,易形成連續(xù)固溶體。14說明下列符號的含義: :代表鈉原子格點位置空位;代表鈉離子格點位置空位,帶一個有效負電荷代表氯離子格點位置空位,帶一個有效正電荷鈣離子取代鉀離子,進入鉀離子格點位置, 帶一個有效正電荷鈣離子在鈣離子格點位置鈣離子在間隙位置,帶兩個有效正電荷15寫出CaCl2溶解在KCl中各種可能的缺陷反應式
9、3 種可能性: Ca2+取代K+,Cl-進入Cl-晶格位置: Ca2+取代K+,Cl-進入間隙位置: Ca2+進入間隙位置,Cl-占據(jù)晶格位置: 16. 說明為什么只有置換型固溶體的兩個組份之間才能相互完全溶解,而填隙型固溶體則不能。答:置換型固溶體:溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所組成的固溶體。 間隙型固溶體:溶質(zhì)原子進入溶劑晶體間隙位置所形成的固溶體。由于溶劑晶體間隙有限,能填入異質(zhì)原子或離子的數(shù)目也有限,因此間隙型固溶體是有限固溶體。19. 試求下圖中所示方向的密勒指數(shù):方向A:方向B:方向C:方向D:方向E:方向F:方向G:方向H:20 試求下圖中所示面的密勒指數(shù)A面:在x、y、z上的截距分別為x=
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