天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷.pptVIP

Chapter 2 Characteristic of Crystalloid and Amorphous Materials Exercises and Answers 1、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化镍晶体中就存在这样的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍然呈电中性，但化合物中Ni和O的原子个数比发生了变化。试计算样品组成为Ni0.97O时该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。 解：设晶体中Ni3+的离子数为a，Ni2+的离子数为b。根据题意： ∴该晶体中 答：该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比为6：91。 2、已知氧化铁Fex0(富士体)为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，x＜1。今有一批氧化铁，测得其密度为5.7g/cm3，用MoKα射线（λ=71.07pm）测得其面心立方晶胞衍射指标为200的衍射角θ=9.56°（sinθ=0.1661,Fe的相对原子质量为55.85）。 （a）计算Fex0的面心立方晶胞参数。 （b）求x值。 （c）计算Fe2 +和Fe3+各占总铁质量的质量分数。 （d）写出表明铁的价态的化学式。 解： (a) （c）设0.92mol铁中Fe2 +的摩尔数为y，则Fe3+的摩尔数为（0.92-y），根据正负离子电荷平衡原则得： 2y+3(0.92-y)=2 y=0.76 0.92-y=0.16 即Fe2 +和Fe3+的摩尔数分别为0.76和0.16，他们在总铁中的摩尔百分数分别为： 3、NiO晶体为NaCl型结构，将它在氧气中加热，部分Ni2+将氧化为Ni3+，成为NixO(x＜1)。今有一批NixO，测得其密度为6.47g·mol-1，用波长λ=154pm的X射线通过粉末法测得立方晶胞111衍射指标的θ=18.71°（sinθ=0.3208）。（Ni的相对原子质量为58.70） （a）计算NixO的立方晶胞参数； （b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。 （c）在NixO晶体中，O2-堆积方式怎样？Ni在此堆积中占据哪种空隙？占有率（即占有分数）是多少？ （d）在NixO晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？ 解：（a）NixO的立方晶胞参数为： 设0.92mol镍中有y mol Ni2+，则有（0.92-y）mol Ni3+。根据正负离子电荷平衡原则，有： 2y+3(0.92-y)=2 y=0.76 0.92-0.76=0.16 所以该氧化镍晶体的化学式为： (c) 晶体既为NaCl型结构，则NiⅢ0.76NiⅡ0.16O中O2-的堆积方式与NaCl中的Cl-的堆积方式相同，即为立方最密堆积。镍离子占据由O2-围成的八面体空隙。而镍离子的空隙占有率有92%。 （d）镍离子分布在立方晶胞的体心和棱心上，Ni-Ni间最短距离即体心上和任一棱心上2个镍离子间的距离，它等于： Ni-Ni间最短距离也等于处在交于同一顶点的2条棱中心上的2个镍离子间的距离，即： 4、试述玻璃的结构特征及其通性。 玻璃的内部结构无长程周期性。 1932年Zachariasen提出关于玻璃态SiO2结构的无规则网络学说，被1936年Wanen以X射线衍射工作证实。 该理论认为：玻璃的结构包含许多小的结构单位（如由中心的硅和四角的4个氧通过共价键结合而成的四面体），这些小结构单位彼此之间可以键合成链状，或由其它金属离子沿顶角键合，连结成很不规则的三维网络。此结构缺少对称性或长程有序性。为保持电中性，每个角顶氧原子仅在两个四面体之间公用，因而该结构是颇为开敞的。 5.已知石英玻璃的密度是2.3g/cm3，假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO2相同，试计算该玻璃的原子堆积系数是多少？ 高2＝CD 2 ＝ BD 2 －CB 2 =[2 r(O2-)]2 - [2/3× AB ]2 =[2 ×0.135]2 - [2/3× 0.302 ]2=0.1134 nm2 ∴高＝0.337nm 故：V＝底面积×高 ＝0.082 ×0.337＝0.0276nm3＝2.76×10-23cm3 M=(1个Si＋4个O）/N0 ＝ [28.085＋4×15.999]/(6.02×1023) =1.53×10-22g ρ＝ M / V＝5.543g/cm3 玻璃中原子堆垛系数为：2.3/5.543＝0.415 SiO4四面体的4个顶点均被共用，形成三维骨架结构：三维四联，组成为Si/O=2,各种形式的SiO2均采用该连接方式。常见的有石英(1143