第五章固溶体和非化学计量化合物.docVIP

第五章 固溶体和非化学计量化合物 习　　题 1　试从组成、相数、独立组元数和性质的改变等方面出发，比较固溶体、化学计量化合物和低共熔物三者间的异同点，请列表说明。 2　MgO、α-Al2O3和Cr2O3的阳离子半径分别为4.7×10-11m、3.6×10-11m和4.0×10-11m。请按可能的固溶反应式回答：(1)α-Al2O3和Cr2O3能形成连续固溶体吗?为什么?(2) MgO–Cr2O3系统的固溶度如何?为什么?(3) α-Al2O3–Cr2O３和MgO–Cr2O3这两个系统所形成的固溶体在电性能(例如电导和电场均匀性)方面有何差别?为什么? 3　分析PbZrO3–PbTiO3二元系统并观察该系统在常温附近的相图（图5–4），试回答：（1）该系统能否形成连续固溶体？（2）图5–4的相图属于什么基本类型（或其某一部分）？（3）二元系统内的固溶体发生晶型转变时，自由度等于多少？它们分别由什么来体现？这种情况和单元系统有什么不同。 4　若把Al2O3加入到MgO主晶体中，试回答：(1) 形成何种类型的固溶体? 固溶度大小如何?试解释之。(2) 请写出缺陷反应方程式，试说明固溶体的密度和电性能随着Al2O3加入的变化趋势。 5　简述固溶体常见的两种分类方法和不同类型。试分析填隙型固溶体有否可能同时又是连续固溶体? 6　在Al2O3中掺杂物质的量百分数分别为0.5%的NiO和0.02%的Cr2O3，制成金黄色的人造黄玉，经分析是形成了置换型固溶体[27]。试写出固溶反应式和人造黄玉的固溶分子式。 7　设想在ZrO2中掺杂CaO，并在700 K下进行热处理，试问随着掺杂量的增加，系统会出现什么晶相？ 8? 举例说明由于生成异价置换固溶体，造成组成和结构缺陷，因而对晶格活性产生影响的两种不同情况。 9? 生成固溶体是否一定会同时产生“组成和结构缺陷”？此种缺陷与等价置换或异价置换有何关系？请按氧化物固溶体的不同生成机制逐一说明。 10　试阐明晶体本征缺陷、固溶体和非化学计量缺陷这三者之间的相同和不同点。不同点可从缺陷形成原因、缺陷分类、缺陷(固溶)反应式形式、影响缺陷浓度的因素(T、p等)、缺陷形成条件等几个方面，列简表比较。固溶体请按连续固溶体和有限固溶体分别讨论。非化学计量化合物请以二氧化钛、氧化锌、二氧化铀和氧化铁为例分别说明。 11　试以固溶反应式表示非化学计量化合物的形成。请以氧化铁、二氧化铀、氧化锌和二氧化钛为例讨论。 12　如果只考虑气氛的影响，试分析在什么样的氧分压条件下，可以获得某种特定的化学计量化合物（请分别讨论4种类型）? 13　某些固体（如氧化镍、氧化钴等）能从气相中吸附与阴离子组成相同的气态分子X2（如O2、Cl2等），随即这些气态分子又转变为化学吸附态原子[4]。这样，在表面处便生成X–和相应的阳离子空位，表面处的晶体分子式变为M1–yX。（1）试讨论这种晶体中的各种阳离子空位VM、VM′和VM″以及准自由电子空穴h·的生成机制；（2）试写出有关的缺陷反应方程式和相应的平衡常数方程；（3）试推导出晶体中各种空位的浓度随气相分压变化的关系式；（4）请讨论当逐渐增大时，空位和各类缺陷浓度的变化趋势。 14　试解释：（1）为什么非化学计量化合物一般都带有颜色?(2)为什么非化学计量化合物通常与过渡金属元素有关? 15　如果在MgO晶体中，有物质的量分数百万分之一的Al2O3，在1 873 K时，MgO晶体中是以热缺陷为主呢还是杂质缺陷占优势? 已知MgO的肖特基缺陷生成能是9.60×10–19J[27]。 16? 为获取非化学计量化合物TiO2–y中的氧空位浓度［VO··］值，请从纯金属试样Ti出发，设计一个微质量法实验，并简述此实验的原理和方法。 17? 把YF3加入CaF2主晶体中造成固溶体。（1） 请写出可能的固溶反应式和对应的固溶分子式；（2）如YF3的加入量为20 %（物质的量分数），实验测出固溶体的晶胞参数a=5.50×10–10 m, 密度d=3.64×103 kg·m–3[27], 试根据计算说明固溶体的类型（相对原子质量：Y, 88.90; Ca, 40.08; F, 19.00）。 18　铁碳合金具有面心立方结构，其晶胞参数为3.61×10–10m[28]。设碳的质量分数为1.7 %，试计算当碳以填隙式或置换式溶入时，合金的密度各等于多少? 19? 金属铝具有面心立方结构，其晶胞参数为4.05×10-10 m。(1)试从晶胞参数、晶胞分子数和相对原子质量出发，计算其理论密度。(2)实验测定密度值[4]为2.69×103 kg·m-3，试分析其与理论值不同的原因。(3)试求单位体积(1.0×10-6m3)晶体中的空位数。 20? 已知氧化锌是一种非化学计量化合物，其化学式可写为Zn