新版无机材料科学基础习题.pdf

第一章 1.1 为什么说无机材料的化学键与电子结构是决定其晶体结构和物理性能的最基本因素？ 答：晶体结构是晶体中原子或离子按照一定的排列规律在空间周期性重复排列的结果。构成晶体的各原 子的电子结构决定了它们按照何种键型结合：离子键、金属键、共价键或分子键。键型是影响晶体中原 子配位结构的最主要因素，如纯离子键晶体中离子按照等大球体或不等大球体最紧密堆积方式排列；金 属键是离子间的排斥力和电子与离子间引力平衡的结果；共价键中电子排列特点使共价键具有饱和性， 原子间只能按照特定的方位结合；极性共价键是离子键向共价键过渡，缩短了部分阴阳离子间的距离， 进而影响晶体结构。晶体的物理性质取决于其晶体结构，也最终与材料的化学键和电子结构有关。 第二章 2.3 金属Ni具有立方最紧密堆积的晶体结构，试问：① 一个晶胞中有几个Ni原子；② 若已知Ni原子 的半径为0.125nm，其晶胞的边长为多少？ 答： 1 1 1 一个晶胞中Ni 原子个数为： 6  8 4 个 2 8 2 假设Ni 原子半径为r=0.125 nm ，晶胞边长为a，则： 4r 2a a2 2r0.354nm 2.4 金属Al属立方晶系，其边长为0.405nm，假定其质量密度是2.70g/cm ，试确定其晶胞的布拉菲格3 子类型。 解：要确定晶胞的布拉菲格子实际上就是确定每个晶胞中Al 原子的个数 每个晶胞的体积为： 3 3 3 3 23 3 va (0.405) nm 0.06643nm 6.643 10 cm 每个晶胞的质量： mv2.70 6.6431023 g1.794 1022 g 每个晶胞中Al 原子个数： m 1.794 1022 n  4 23 mAl 27 /(6.02 10 ) 由此可以判断金属Al 为立方面心格子。 2.6试画出立方晶体结构中的下列晶面：（001）、（110）、（111）；并分别标出下列晶向：[210]、[111]、[101]。 解： 1 （001） （110） （111） [111] [101] [210] 2.13 根据同质多晶现象，试回答：① 纯铁在912℃条件下，由体心立方结构转变为面心立方结构，晶 体体积随之减小 1.06%，则其结构中原子中心间距的变化是多少？② 纯铁在833℃由六方结构转变为体 心立方结构，体积随之减小0.55%，其原子间距是增大还是减小？ 解：①面心立方晶体每个晶胞中含4个原子，在面对角线上原子紧密排列，假设边长为a，原子半径为1 r ；体心立方晶体每个晶胞中含2个原子，在[110]对棱面上紧密排列，假设边长为a，原子半径为r ， 1 2 2 则： 相变过程中Fe 原子总数不会发生改变，假设Fe 原子总数为n ，则会形成n/4 个面心立方晶胞，n/2 个体 心立方晶胞， 假设面心立方晶胞的体积为V ，体心立方晶胞的体积为V ，则 1 2 n 3