1、- 1 -第二章参考答案1. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？类 型 键合强弱 形成晶体的特点离子键 最强无饱和性和方向性:高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键 强 有饱和性和方向性:低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电金属键 较强 无饱和性和方向性:配位数高、结构密堆、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性氢键 弱有饱和性和方向性；高分子化合物形成氢键数目巨大，对其熔点及力学等性能影响大；对小分子熔点、沸点、溶解性、黏度也有一定影响。范德华键 最弱 无饱和性和方向性:结构密堆、高熔点、绝缘2. 为什么可将
2、金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题? 答:金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为所有原子共有,自由流动,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子结构都是全充满或半充满状态,电子分布基本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构,其特点是堆积密度大,配位数高,因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题.3. 计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。 - 2 -(1) 体心立方a ：晶格单位长度R
3、 ：原子半径，n=2, 344Ra 68.0)3/4(2)/(23Rabc (2)六方密堆n=64. 试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。解：简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系，点阵参数或晶格参数关系为，因此只求出 a 值即可。90,cba对于（1）fcc(面心立方)有 , ，R244R90,cb(2) bcc 体心立方有： ；a3,a(3) 简单立方有： ，R290,cb74.0)3(812/6)32(6/4hcp RaR、Rac238- 3 -5. 金属铷为 A2 型结构， Rb 的原子半径为 0.2468 nm，密度为 1.53gcm-3，试求
4、：晶格参数 a 和 Rb 的相对原子质量。解： AbcNnM其中, 为密度, 为晶格常数, 晶胞体积 ，N A 为阿伏加德罗常数 6.0221023 ca、 abcVmol-1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的 M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。对 A2 型，为体心立方， 则有 n=2， ， a34RnmR570.32.14680= 85.30 kg/mol ANanbc3 )57.0(.133naA6. FCC 结构的镍原子半径为 0.1243nm。试求镍的晶格参数和密度。解：对于镍金属原子晶体，因属面心立方，有 40.123nm.56ra38
5、23-345.69.1018.972gcAMaN7. 铀具有斜方结构，其晶格参数为 a=0.2854nm，b=0.5869nm，c=0.4955nm ；其原子半径为 0.138nm，密度为 19.05gcm-3。试求每单位晶胞的原子数目及堆积系数。斜方晶系即正交晶系：abc, =- 4 -8. 6 个 O2-离子环绕一个 Mg2+离子，将离子看成硬球，其半径分别是 ，2Mg0.6nmR。试求 O2-离子之间隙距离。20.14nmR(岩盐型结构： 负面心立方排列，正离子八面体间隙位 )解：代表 Mg 离子。 代表 O 离子9. 已知金属镍为 A1 型结构，原子间接触距离为 249.2pm，请计算
6、：1）Ni 立方晶胞的参数；2）金属镍的密度；3）分别计算（100） 、 （110） 、 （111）晶面的间距。 解：对于面心立方 A1 型: 原子间接触距离 249.2pm=0.2492nm=2R, - 5 -（1） , nmRa352.049.2（2）金属镍的密度： ANanMbc33823-3445.69.1018.972gcm（3）对于立方晶系，面间距公式为： 022hkladl因此有：(100) 晶面间距: =0.3525nm2210035.d(110) 晶面间距: nm493.2210(111) 晶面间距: nm205.135.221d10. 试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时
7、出现的体积变化。在转变温度下，体心立方铁的晶格参数是 0.2863nm，而面心立方铁的点阵参数是 0.359lnm。解: 体心立方: V 1=a3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm3面心立方: V 2= a3 = (0.3591nm)3 = 0.04630 nm3V=V2-V1=0.02284nm3, 因此体积增大 0.02284 nm311. 单质 Mn 有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为 0.6326nm，密度= 7.26 gcm-3，原子半径 r = 0.112nm，计算 Mn 晶胞中有几个原子，其堆积系数为多少？ - 6 -12 固溶体与（液体）溶液有何异同？
8、固溶体有几种类型？ 固体溶液与液体溶液的共同点：均具有均一性、稳定性，均为混合物，均存在溶解性问题（对固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度） ；1均一性：溶液各处的密度、组成和性质完全一样；2. 稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离； 3混合物：溶液一定是混合物。固体溶液与液体溶液的不同点：固溶体的溶质和溶剂均以固体形式出现，而液体溶体的溶质和溶剂均以液体形式出现；固溶体：又称固体溶液，指由一种或多种溶质组元溶入晶态溶剂，并保持溶剂晶格类型所形成的单相晶态固体。固溶体按固溶度分可两种类型：有限固溶体与无限固溶体；按溶质原子在晶格中的位置可分为置换固溶体与填隙固溶体。13
9、试述影响置换固溶体的固溶度的因素?答：有原子或离子半径大小，电价，化学键性质，晶体结构等因素。（1）原子或离子半径大小：- 7 -，r 15 %, 形成连续固溶体；15% r 30%, 形成有限固溶体；%102rr 30%,难形成固溶体；（2）电价：两种固体只有在离子价相同或同号离子的离子价总和相同时，才能满足电中性要求，形成连续固溶体。（3）化学键相近，易形成连续固溶体。（4）晶体结构类型相同，易形成连续固溶体。14说明下列符号的含义： ：代表钠原子格点位置空位；NaV代表钠离子格点位置空位,带一个有效负电荷代表氯离子格点位置空位,带一个有效正电荷CL钙离子取代钾离子,进入钾离子格点位置,
10、带一个有效正电荷Ka钙离子在钙离子格点位置Ca钙离子在间隙位置，带两个有效正电荷i15写出 CaCl2 溶解在 KCl 中各种可能的缺陷反应式3 种可能性： Ca2+取代 K+，Cl -进入 Cl-晶格位置： ClKKCl2 2 V a al Ca2+取代 K+，Cl -进入间隙位置： iCll2 l Ca2+进入间隙位置，Cl -占据晶格位置： lKiKCl22 V a al 16. 说明为什么只有置换型固溶体的两个组份之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则不能。答：置换型固溶体：溶质原子代替一部分溶剂原子占据溶剂晶格某些结点位置所组成的- 8 -固溶体。间隙型固溶体：溶质原子进入溶剂晶体间
11、隙位置所形成的固溶体。由于溶剂晶体间隙有限，能填入异质原子或离子的数目也有限，因此间隙型固溶体是有限固溶体。19. 试求下图中所示方向的密勒指数：方向 A： 0,1,1,0方向 B：方向 C： ,212方向 D： 10方向 E： ,02方向 F： 21133方向 G： ,0,6方向 H： ,1020 试求下图中所示面的密勒指数- 9 -A 面：在 x、y、z 上的截距分别为 x=0, y=, z=, 故须平移，向 x 方向移动一晶格参数，此时，x=1, y=, z=, 其倒数：1，0，0，故为 A 晶面指数为（100） 2, , 1 Bxyz面 ： 故 为 ()（倒数：1/2，-1/2，1，互质整数：1，-1，2）3 , , 4Cxyz面 ： 故 为 ()（倒数：1，1，-4/3，互质整数：3，3，-4 ）1 , , Dxyz面 ： 故 为 (0)（倒数：1，3，0，互质整数：1，3，0） , , 1Exyzx面 ： 故 须 平 移 ， 朝 方 向 移 动 一 晶 格 参 数故 为 (10) 0, , 2 1, , , Fzyxy面 ： 故 须 平 移 ， 朝 方 向 移 动 负 一 晶 格 参 数故 为 ()
