第二章固溶体习题与解答..doc

第二章 固溶体习题与解答 2.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。 解： 离子尺寸因素 从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以r1和r2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差 15%时，形成连续置换型固溶体。若此值在15～30%时，可以形成有限置换型固溶体。而此值30%时，不能形成固溶体。 2、晶体的结构类型 形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。 3、离子的电价因素 只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。 4、电负性因素 电负性相近，有利于固溶体的生成。 2.2 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。 解：从化学组成、相组成考虑，固溶体、化合物和机械混合物的区别 列下表2-1比较之 。 表2-1 固溶体、化合物和机械混合物比较 （以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例） 比 较 项 固 溶 体 化 合 物 机 械 混 合 物 化学组成 B2-xAxO(x =0～2) AB2O4 AO+B2O3 相组成 均匀单相 单相 两相有界面 2.3试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点。列出简明表格比较。 解：固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物都属晶体结构缺陷，但它们又各有不同，现列表2-2比较之。 表2-2 固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物比较 分类 形成 原因 形成条件 缺陷反应 固溶式 溶解度 热缺陷 肖特基缺陷 晶 格 热 振 动 0K以上 0 MX 只受温度控制 弗伦克尔缺陷 MM = XX= MX 固溶体 无限置换型固溶体 掺 杂 溶 解 15% ， A2+电价=B2+电价，AO结构同BO，电负性相近 AO B1-xAxO 受温度控制x=0～1 有限固溶体 间隙型 间隙离子半径小，晶体结构开放，空隙大 YF3 掺杂量固溶度，受温度控制 组分缺陷 30% ，Ca2+电价≠Zr4+电价 2CaO CaO 掺杂量固溶度，受温度控制 非化学计量化合物 阳离子缺位 环境中气氛性质和压力变化 变价元素氧化物在氧化气氛中 O2(g)→2Fe+ V+OO [h] [PO] 阴离子间隙 O2(g)→+U(2h) [] 阳离子间隙 变价元素氧化物在还原气氛中 ZnO+2e′+O2(g) [] 阴离子缺位 OO→+2+O2(g) [ V] 2.4试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷方程。（a）判断方程的合理性。（b）写出每一方程对应的固溶式。 解： 3MgO2+ +3OO （1） 2MgO2+ +2OO （2） YF3Y +F+2FF （3） 2YF32Y ++6FF （4） （a）书写缺陷方程首先考虑电价平衡，如方程（1）和（4）。在不等价置换时，3Mg2+ →2Al3+ ；2Y3+ →3Ca2+。这样即可写出一组缺陷方程。其次考虑不等价离子等量置换，如方程（2）和（3）2Mg2+ →2Al3+ ；Y3+ →Ca2+。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中，从结晶化学的晶体稳定性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以（2）和（3）较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。 （b）(1) (2) (3) (4) 2.5一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了0.5mol%NiO和0.02mol% Cr2O3。试写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。 解：NiO和Cr2O3固溶入Al2O3的缺陷反应为： 2NiO2+ +2OO Cr2O3 固溶体分子式为：Cr 取1mol试样为基准，则 m＝0.005 ；