第四章 习题解答

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1、第四章习题解答3/150、试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？解答：利用X-射线粉末衍射检测。晶体SiO2——质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。SiO2熔体——内部结构为架状，近程有序，远程无序。SiO2玻璃——各向同性。硅胶——疏松多孔。7/151、SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014Pa·s，在1400℃时为107Pa·s。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得，若在恒容下获得，你认为活化能会改变吗？为什么？解答：（1）根据公式：1000℃时，η=1014Pa·s，T=1000+273=1

2、273K，（1）1400℃时，η=107Pa·s，T=1400+273=1673K，（2）联立（1）和（2）式解得：η0=5.27×10-16Pa·s，△E=713.5kJ/mol（2）若在在恒容下获得，活化能不会改变。因为活化能是液体质点作直线运动所必需的能量。它与熔体组成和熔体[SiO4]聚合程度有关。712/151、一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃，它的退火点是544℃，软化点是780℃。求：（1）这种玻璃粘性流动的活化能；（2）它的工作范围；（3）它的熔融范围。解答：（1）根据公式：退火点544℃，η=1012Pa·s，T=544+273=817K，（1）软化点为

3、780℃，η=4.5×106Pa·s，T=780+273=1053K，（2）联立（1）和（2）式解得：η0=1.39×10-12Pa·s，△E=373.13kJ/mol。（2）工作温度范围粘度一般为103～107Pa.s根据公式：当η=103Pa·s时，T=373.13×1000/8.314×Ln(103/1.39×10-12)=1311.9K=1038.9℃当η=107Pa·s时，T=373.13×1000/8.314×In(107/1.39×10-12)=1033.6K=760.6℃所以工作温度范围是：1038.9℃～760.6℃。（3）熔融范围粘度一般是10～100

4、Pa.s当η=10Pa·s时，T=1516.0K=1243.0℃7当η=100Pa·s时，T=1406.6K=1133.6℃所以熔融温度范围是1243.0℃～1133.6℃。15/151、试计算下列玻璃的结构参数及非桥氧分数。（1）Na2O·SiO2；（2）Na2O·CaO·Al2O3·SiO2；（3）Na2O·1/3Al2O3·SiO2；（4）18Na2O·10CaO·72SiO2（wt％）。解答：（1）Z=4，R=3/1=3，X=2R-Z=6-4=2，Y=8-2R=8-6=2；非桥氧%==2/(1+2)×100%=66.7%。（2）因(Na2O+CaO)/Al2O3=

5、2>1，所以Al3+被视为网络形成离子Z=4，R=(1+1+3+2)/(2+1)=2.33,X=2R-Z=4.66-4=0.66，Y=4-0.66=3.34；非桥氧%==0.66/(1.67+0.66)×100%=28.3%。（2）因Na2O/Al2O3=3>1，所以Al3+被视为网络形成离子Z=4，R=(1+1+2)/(2/3+1)=2.4,X=2R-Z=4.8-4=0.8，Y=4-0.8=3.2，非桥氧%==0.8/(1.6+0.8)×100%=33.3%。（4）质量百分比转化为摩尔百分比：Na2OCaOSiO2wt%181072mol0.2900.1791.2007

6、mol%17.4%10.7%%Z=4，R=(17.4+10.7+71.9×2)/71.9=2.39，X=2R-Z=0.78，Y=4-0.78=3.22非桥氧%==0.78/(1.61+0.78)×100%=32.6%。21/151、以下三种物质，哪个最容易形成玻璃？哪个最不容易形成玻璃，为什么？（1）Na2O·2SiO2；（2）Na2O·SiO2；（3）NaCl。解：（1）最容易形成玻璃，（3）最不容易形成玻璃。经计算可知R1=2.5，R2=3，Y1=3，Y2=2，Y1>Y2，高温下（1）粘度大，容易形成玻璃，NaCl不具备网络结构，为典型的离子晶体很难形成玻璃。24/1

7、50、在100g的SiO2中要加入多少CaO，才能使O：Si达2.5？解：设要加入Xg的CaO，MCaO=56g/mol，MSiO2=60g/mol，则：(X/56+100×2/60)/(100/60)=2.5解得：X=46.672/211、何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？7解：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功；σ=力/总长度（N/m）；表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；J/m2=N/m；液体：不能承受剪应力