无机材料物理化学习题及解答

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1、晶体结构缺陷习题与解答1.1名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。1.2试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举

2、例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：CaCl2++2ClClCaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：CaCl2+2+2ClCl1.3在缺陷反应方

3、程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。1.4（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。（b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。解：（a）根据热缺陷浓度公式：exp（－）由题意△G=6ev=6

4、×1.602×10-19=9.612×10-19JK=1.38×10-23J/KT1=25+273=298KT2=1600+273=1873K298K：exp=1.92×10-511873K：exp=8×10-9（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：此时产生的缺陷为[]杂质。而由上式可知：[Al2O3]=[]杂质∴当加入10-6Al2O3时，杂质缺陷的浓度为[]杂质=[Al2O3]=10-6由（a）计算结果可知：在1873K，[]热=8×10-9显然：[]杂质＞[]热，所以在1873K时杂质缺

5、陷占优势。1.5对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。解：根据热缺陷浓度公式：exp（－）由题意△G=84KJ/mol=84000J/mol则exp（）其中R=8.314J/mol·K当T1=1000K时，exp（）=exp=6.4×10-3当T2=1500K时，exp（）=exp=3.45×10-21.6试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石（b）在Al2O3中，添加0.5mol%的

6、NiO，生成黄宝石。解：（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石的缺陷反应式为：Cr2O3生成置换式杂质原子点缺陷。其缺陷浓度为：0.01%×＝0.004%＝4×10-3%（b）当添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黄宝石的缺陷反应式为：2NiO＋＋2OO生成置换式的空位点缺陷。其缺陷浓度为：0.5%×＝0.3%1.7非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？解：（

7、a）非化学计量化合物Fe1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：2FeFe+O2(g)→2Fe+V+OOO2(g)→OO+V+2h按质量作用定律，平衡常数K=由此可得[V]﹠PO1/6即：铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度也将减小。（b）非化学计量化合物Zn1+xO，由于正离子填隙，使金属离子过剩：ZnO+2e′+O2(g)根据质量作用定律K=[][e′]2得[]PO-1/6即：间隙离子的浓度与氧分压的1/6次方成反比，故增大周围氧分压，间

8、隙离子浓度减小，晶体质量减小，则Zn1+xO的密度也将减小。1.8非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+=0.1，求FexO中的空位浓度及x值。解：非化学计量化合物FexO，可认为是α(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反应式为：Fe2O32Fe+V+3OOα2αα此非化学计量化合物的组成为：FeFeO已知：Fe3+/