材料化学习题答案(完整版)

第二章

2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤，请说明：

1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时，应该采用哪些方法加快

固相反应进行？

2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时，人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉

淀法得到前体物，再于高温下反应制备所需产物，请说明原因。

3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法，请

说明“软化学”合成的主要含义，及其在固体化学和材料化学中所起的作用

和意义。

答：

1. 详见P6

A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积；

B.扩大产物相的成核速率

C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。

2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段

固相反应中反应物颗粒较大，为了使扩散反应能够进行，就得使得反应温度

很高，并且机械的方法混合原料很难混合均匀。共沉淀法便是使得反应原料在高

温反映前就已经达到原子水平的混合，可大大的加快反应速度；

由于制备很多材料时，它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系，为了克

服这个限制，发展了溶胶-凝胶法，这个方法可以使反应物在原子水平上达到均

匀的混合，并且使用范围广。

3. P22

“软化学”即就是研究在温和的反应条件下，缓慢的反应进程中，采取迂回

步骤以制备有关材料的化学领域。

2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢，怎样才能加快反应速

率？

答：P6

以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例，反应的第一步是生成42O MgAl 晶核，

其晶核的生长是比较困难的，+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步，因

为扩散速率很慢，所以反应速率很慢，加快反应速率的方法见2.1（1）。

第三章

（张芬华整理）

3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆

积中原子的配位情况。

答：简单立方堆积、 6

立方密堆积、 12

六方密堆积、 12

体心立方堆积 8

hc 型堆积 12

3.2 3SrTiO 为钙钛矿结构，a=3.905A ，计算Sr-O ，Ti-O 键长和3

SrTiO 密度。 答：立方钙钛矿结构为立方最密堆积，其中各原子的分数坐标为Ti （0，0，0），

Sr （1/2,1/2,1/2），O （0，0，1/2）

Sr-O 键长：0761.22

2A a = Ti-O 键长：02

2382.32221A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛ 1853.04905.323434,420303

3===⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯===V V a V R V R a ρππ

3.3 NbO 具有NaCl 相关的结构，在原点和体心位置上分别是Nb 和O 的空位，

画出NbO 的结构图，讨论其中的八面体金属簇的三维结构。

答：P48 图3.12 （c ）

NbO 是目前为止发现的唯一具有三维结构八面体原子簇的化合物，八面体原

子簇的三维连接要求阴离子的尺寸与金属簇的空隙相当。（详细参考P49第一段）

3.4 说明2CdCl 和2CdI 结构的特征和异同。

答：2CdCl 和2CdI 为层型分子，在2CdI 晶体中，层型分子沿垂直于层的方向堆积，

-I 作六方最密堆积，+2Cd 离子填入其中部分八面体空隙，各层相对位置为

AcBAcB AcB 。2CdCl 晶体中-Cl 作立方最密堆积，+2Cd 交替的一层填满一层空缺

的填入八面体空隙中，相对位置表示为AcBCbABaC 。

（详细参考结构化学P290）

3.5 阴离子具有立方密堆积，以下方式充填阳离子可以得到什么类型：

（1）阳离子填满所有四面体格位 反萤石结构

（2）阳离子充填1/2四面体格位 尖晶石结构（共棱）

（3）阳离子填满所有八面体格位 NaCl 结构（共边）

（4）阳离子充填1/2八面体格位 钙钛矿结构（共顶点）

3.6 阴离子具有六方密堆积，以下方式充填阳离子可以得到什么类型：

（5）阳离子填满所有四面体格位 金红石结构（共顶点）

（6）阳离子充填1/2四面体格位 六方硫化锌结构（共顶点）

（7）阳离子填满所有八面体格位 NiAs结构和WC结构（共边）

BaFeO结构（六方钙钛矿）

（8）阳离子充填1/2八面体格位

3

第七章

7.1 一种晶体具有中心对称，它是否具有以下性质：介电、铁电、热释电、压电？

答：一个晶体具有中心对称，它具有介电性质，不具有铁电，热释电，压电性质。

①所有三十二种点群都具有介电性质；

②铁电和热释电属于具有一阶张量描述的物理性质，晶体应该属于极性晶类，有中心对称的晶体不具有奇数阶张量描述的物理性质；

③压点性质属于具有三阶张量描述的性质。

7.2 说明Neumann规则和Curie规则的基本要点。

答：具体见P139~140

Neumann规则基本要点：晶体任一物理性质所具有的对称性，必包含晶体点群的全部对称操作。（讨论的是物理性质与晶体对称性之间的关系）Neumann规则中：

1)只要求晶体物理性质的对称性包含晶体的对称性；

2)晶体物理性质的对称性常高于晶体的对称性；

3)确定晶体的对称操作一定要包含晶体所属点群的所有对称操作，限定了物理

性质的最低对称性。

Curie规则基本要点：晶体在受到外场作用后，晶体的对称操作仅保留晶体原有对称操作中与外场一致的部分，在外场对称性高于晶体对称性时，晶体的对称性保持不变；在外场的对称性低于晶体对称性时，晶体的对称性降低。（讨论外加物理场对晶体对称性的影响）

第八章

BaTiO在393K发生从四方到立方结构的相变，空间群从P4mm转变为Pm3m，8.1 3

回答并说明原因：

BaTiO是否可以具有热释电性质和铁电性质；

四方结构的3

BaTiO是否可以具有介电性质、压电性质和热释电性质。

立方结构的3

答：

BaTiO属于极性点群，具有热释电性质

①四方的

3

具有铁电性质（P156下面）

BaTiO不属于极性点群，不具有热释电性质；

②立方的

3

32个点群的晶体均具有介电性质；