材料物理化学 第八章 固态反应 习题.pdf

湖南工学院 第八章 固相反应习题与解答 1、什么是固相反应？发生固相反应的推动力是什么？ 解：固相反应：固体参与直接化学反应并发生化学变化，同时至少在一个过程 中起控制作用的反应。 固相反应推动力：系统化学反应前后的自由焓变化G0△ 2 、什么是杨德尔方程式？它是依据什么模型推导出的？ 1/3 2 解：杨德尔方程式：[1－（1－G ） ] ＝K T J 杨德尔方程式依据球体模型推导出来，且扩散截面积一定的等径球体。 3、什么叫泰曼温度？ 解：固相反应强烈进行，体积扩散开始明显进行，也就是烧结的开始温度。 4 、固相反应中，什么是抛物线方程？什么是杨德尔方程？它们的适应范围分别是怎 样的？ 2 解：抛物线方程：X ＝Kt表示产物层厚度与时间的关系。 杨德尔方程：[1－ 1/3 2 （1－G ） ] ＝K T 说明物质转化率与时间的关系。抛物线方程适应于平板模型推 J 导出的固相反应系统。 杨德尔方程适应于球体模型推导出来的固相反应系统。 5、固相反应中，什么是杨氏方程？什么是金氏方程？适应范围分别是怎样的？ 1/3 2 解：杨德尔方程 （1－（1－G ） ）=Kt 适应于球体模型扩散截面积恒定的 情形。 金氏方程 X2 （1－2/3·（X/R ））=Kt 适应于球体模型扩散截面积不恒定的情 形。 材料物理化学 湖南工学院 6、由Al O 和SiO 粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，如何证明这一点？ 2 3 2 已知扩散活化能为209 kJ/mol ，1400℃下，1h 完成10％，求1500℃下，1h 和4h 各完成多少？（应用杨德方程计算） 解：如果用杨德尔方程来描述Al O 和SiO 粉末反应生成莫来石，经计算得 2 3 2 到合理的结果，则可认为此反应是由扩散控制的反应过程。 由杨德尔方程，得 又 ，故 从而1500℃下，反应1h 和4h 时，由杨德尔方程，知 所以，在1500℃下反应1h 时能完成15.03%，反应4h 时能完成28.47% 。 7、粒径为1μm球状Al O 由过量的MgO 微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒 2 3 定温度下，第1h 有20 ％的Al O 起了反应，计算完全反应的时间。（1） 用杨 2 3 德方程计算；（2 ） 用金斯特林格方程计算。 解：(1)用杨德尔方程计算： 材料物理化学 湖南工学院 代入题中反应时间 1h 和反应进度20% ，得 h-1 故完全反应（G=1 ）所需的时间 h (2)用金斯格林方程计算： 同理，代入题中反应时间1h 和反应进度20% ，得 h-1 故完全反应（G=1）时， 所以完全反应所需的时间 h 8、由Al O 和SiO 粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在