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武汉科技大学 2007年硕士研究生入学考试试题参考答案 考试科目代码及名称： 406硅酸盐物理化学 共 5 页 说明：1. 适用招生专业： 无机非金属材料 2. 可使用的常用工具：计算器、铅笔、三角尺、橡皮。 3．答题内容除第七题相图部分可直接在试卷上作答外，其余各题全部写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。 4.考试时间3小时，总分值150分。 一、选择（20分） 1. 尖晶石（MgAl2O4）型晶体中， O2－2+填入了（ B ）。 （A） （B）（C） （D）（A）（B）（C）（D）（A）（B）（C）（D）（A）（B）（C）（D）（A）（B）（C）（D）（A）（B）（C）（D）UO2晶体中，O2-的扩散是按（ B ）机制进行的。 （A）空位 （B）间隙 （C）掺杂点缺陷 （D）其它 8. 润湿的本质是异相接触后体系的（ C ）。 （A）（B）（C）（D）（A）（B）（C）（D）在0.225～0.414区间时，阳离子的配位多面体的形状为（ D ）。 （A）（B）（C）（D）扩散扩散=0.066nm，＝0.132nm，＝0.057nm。试根据最紧密堆积原理和鲍林规则分析尖晶石MgAl2O4晶体的结构。（20分） 解：球体堆积越紧密，堆积密度越大，空间利用率越高，系统的内能也越小，结构越稳定，称为球体最紧密堆积原理。 ①鲍林第一规则：，配位数CN＝6，但是由于正离子相互影响，CN＝4，Mg2+填入四面体间隙，形成[MgO4]四面体；，配位数CN＝6，Al3+填入八面体间隙，形成[AlO6]八面体； ②鲍林第二规则：SAl-O＝3/6＝1/2，SMg-O=2/4=1/2,每个O2-离子的电价由四个正离子提供，其中三个为Al3+，一个为Mg2+，即三个[AlO6]八面体与一个[MgO4]四面体共顶连接； ③鲍林第三规则：[AlO6]八面体共棱连接，[AlO6]八面体与[MgO4]四面体共顶连接； ④鲍林第四规则：[MgO4]四面体是高电价低配位，互不连接，[AlO6]八面体是高电价高配位，共顶连接； ⑤鲍林第五规则：MgAl2O4晶体中没有其他正离子，故Mg2+总是形成[MgO4]四面体，Al3+总是形成AlO6]八面体。 四、已知1527℃时，；；；。试问AlN陶瓷在该温度下在空气中是否会发生氧化？（20分） 解：化学反应方程式为：2AlN(s)+1.5O2(g)=Al2O3(s)+N2(g) 1800K时，△Go=△GoAl2O3-2△GoAlN＝-860666J。 ； =0.79，＝0.21，带入上式，有： △G=-829164J＜0，说明反应可以发生，AlN陶瓷在1800K在空气中会发生氧化。 五、试推导扩散系数的一般热力学关系：，并解释热力学因子的物理意义。（15分） 解：假设一个多元体系中，i组分的质点沿x方向扩散所受到的力等于该组分化学位在x方向上梯度的负值： ⑴ 相应的质点运动平均速度正比于作用力： ⑵ 式中Bi为组分i的平均速率或者淌度； 此时组分i的扩散通量Ji等于单位体积中该组分质点数Ci和质点移动平均速度的乘积： ⑶ ⑵带入⑶可得用化学位梯度描述扩散的一般方程式： ⑷ 若研究体系不受外场作用，化学位为系统组成活度和温度的函数：⑷式可以写为： ⑸ 将上式与菲克第一定律比较，得扩散系数Di： ⑹ 因为Ci/C＝N，dlnCi=dlnNi,故有： ⑺ 又因为： 则： ⑻ 将(8)带入(7)得： ⑼ 上式即扩散系数的一般热力学关系。式中称为扩散系数的热力学因子。 对于理想混合体系，活度系数γi＝1，此时，称为自扩散系数； 对于非理想混合体系存在两种情况：（1）当0，此时Di0，称为正常扩散，物质从高浓度流向低浓度处，扩散的结果使溶质趋于均匀化； （2）当0，此时Di0，称为反常扩散或者逆扩散，扩散结果使溶质偏聚或分相。 六、在制造材料Al2O3时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温0.5小时，测得晶粒尺寸为10μm。试问：若保温2小时，晶粒尺寸有多大？如果加入少量添加剂抑制晶粒长大，此时保温2小时，晶粒尺寸又有多大？（15分） 解：（1） （2） 七、下图表示生成一个三元化合物的三元相图。 （1）判断三元化合物N的熔融性质； （2）标出边界曲线的温降方向（转熔界线用双箭头）；