发布时间 : 星期三 文章无机材料科学基础习题课习题解答更新完毕开始阅读3345b7272f60ddccda38a01c
1，（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 （b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 解：（a）根据热缺陷浓度公式：
exp（－
K=1.38×10-23 J/K
）
由题意 △G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19J T1=25+273=298K T2=1600+273=1873K 298K：
exp
=1.92×10-51
1873K：
exp
=8×10-9
（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：
此时产生的缺陷为[ ]杂质。
]杂质
而由上式可知：[Al2O3]=[
∴当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为
[
]杂质=[Al2O3]=10-6
]热=8×10-9
由（a）计算结果可知：在1873 K，[显然： [
]杂质＞[ ]热，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。
2，非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+=0.1，求FexO中的空位浓度及x值。 解： 非化学计量化合物FexO，可认为是α(mol)的Fe2O3溶入FeO中，缺陷反应式为：
Fe2O3
α 2α α
此非化学计量化合物的组成为：
Fe
已知：Fe3+/Fe2+＝0.1
Fe
O
2Fe
+ V
+3OO
则：
∴ α ＝ 0.044
∴x＝2α+(1－3α)＝1－α＝0.956
又：∵[V
3+
]＝α ＝ 0.044
正常格点数N＝1+x＝1+0.956＝1.956
∴空位浓度为
3，试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷方程。（a）判断方程的合理性。（b）写出每一方程对应的固溶式。 解： 3MgO2MgOYF32YF3
Y
2 +F
2+ +2FF （3）
+6FF （4）
+
+3OO （1）
+2OO （2）
2Y +
（a）书写缺陷方程首先考虑电价平衡，如方程（1）和（4）。在不等价置换时，3Mg2+ →2Al3+ ；2Y3+ →3Ca2+。这样即可写出一组缺陷方程。其次考虑不等价离子等量置换，如方程（2）和（3）2Mg2+ →2Al3+ ；Y3+ →Ca2+。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中，从结晶化学的晶体稳定性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以（2）和（3）较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。 （b）(1)(2) (3)
(4)
4，
5，一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了0.5mol%NiO和0.02mol% Cr2O3。试
写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。 解：NiO和Cr2O3固溶入Al2O3的缺陷反应为： 2NiOCr2O3
2
+
+2OO
固溶体分子式为：取1mol试样为基准，则
Cr
m＝0.005 ； m＝0.0002 ； m＝1－0.005－0.0002＝0.9948
∵ 2NiO →2Al2 O3 Cr2 O3 →Al2 O3
∴取代前Al2O3所占晶格为：
0.9948＋0.005/2＋0.0002＝0.9975mol (Al2O3) 取代后各组分所占晶格分别为：
Al2O3：NiO：Cr2 O3：
mol mol
mol
∴取代后，固溶体的分子式为： 0.9973 Al2O3·0.005 NiO ·0.0002 Cr2 O3 或Al1.9946Ni 0.005Cr0.0004 O2.9975 ∴x=0.005, Y=0.0004
1.9946=2－0.005－0.0004=2－x－y
2.9975=3－x
6，对于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成连续
固溶体。 (a) 这个结果可能吗？为什么？ (b) 试预计，在MgO－Cr2O3系统中的固溶度是有限还是很大？为什么？
解：（a）Al2O3与Cr2O3有可能形成连续固溶体。因为：
①==10%＜15%
②结构类型相同，均属刚玉型结构。
（b）对于MgO－Cr2O3系统，由于结构类型相差较大，前者为NaCl型，后者为刚玉型。虽然
==14.89%＜15%，也不可能形成完全互溶的固溶体，而只能是有限固溶。