習題課11～14篇

1、、十一 擴散,1、擴散的動力學方程（菲克定律） 2、擴散的熱力學方程 3、擴散機制和擴散系數,空位擴散機制：,間隙擴散機制：,4、 固相中的擴散,化學動力學范圍：,擴散動力學范圍：,11－2 欲使Mg2+在MgO中的擴散直至MgO的熔點(2825℃)都是非本征擴散，要求三價雜質離子有什么樣的濃度？試對你在計算中所作的各種特性值的估計作充分說明。(已知MgO的Schtty缺陷形成能為6e

2、V)解：,本征擴散（熱空位 ）非本征擴散（雜質空位 ）,空位擴散機構,11－2 欲使Mg2+在MgO中的擴散直至MgO的熔點(2825℃)都是非本征擴散，要求三價雜質離子有什么樣的濃度？試對你在計算中所作的各種特性值的估計作充分說明。(已知MgO的Schtty缺陷形成能為6eV)解： Mg2+在MgO中的擴散機制為空位擴散，其Schtty缺陷濃度為：,故當MgO加熱至熔點時Schtty缺陷濃度為,所以欲使M

3、g2+在MgO中的擴散到其熔點均是非本征擴散，應使M3＋離子產生的 遠大于熱缺陷空位濃度,因為空位擴散機制的擴散系數,?,M3＋進入MgO晶格，將發(fā)生下面缺陷反應：,因此，雜質離子M3＋的濃度應遠大于兩倍的熱缺陷空位濃度。,[M3+]>>2×1.37×10-5＝2.72×10-5,3價離子濃度[MMg’]=2[VMg”],11-5 試討論從室溫到熔融溫度范圍內，氯化鋅添加劑

4、((10-4mol%)對NaCl單晶中所有離子(Zn、Na和Cl) 的擴散能力的影響。 定性分析： 當NaCl中溶有少量ZnCl2時，Na+的擴散系數一方面受缺陷濃度(Schtty缺陷：V/Na+V.Cl)影響，另一方面受由于引入Zn2+,的本征擴散將占優(yōu)勢。 在整個溫度范圍內，Cl-的擴散均以本征擴散為主。因為Zn2+ 的引入并不明顯改變Cl-亞點陣的情況。,而形成的 影響。但可認為：當溫度較

5、低時，由Zn2+的引入而產生的 對Na+擴散系數影響是主要的；而當溫度較高時， Na+,定量計算：,可查得NaCl的SchttKy缺陷形成能E＝2.3eV,要使NaCl的SchttKy缺陷濃度達到10-4，則溫度必須大于由下式所決定的臨界溫度Tc：,,),(,10,),(,10,2,4,4,2,mol,mol,V,Cl,Zn,ZnCl,Na,Cl,Na,NaCl,-,-,·,¢,+,+,¾,

6、¾,®,¾,推動力（熱力學）成核速率(Iv=P D)生長速率總結晶速率,、十二 相變,玻璃分相：,成核－長大旋節(jié)分相,兩種分相機理,12－3 如果液態(tài)中形成一個邊長為a的立方體晶核時，其自由焓?G將寫成什么形式？求出此時晶核的臨界立方體邊長 aK 和臨界核化自由焓?Ga，并8－2題比較，那一種形狀的?G大，為什么？,解：,對?G求極值得：,比較得， ?Ga大。原因：立方體成核臨界半徑大，因而需要較

7、高的臨界核化自由焓。,十三、固相反應的動力學方程,化學控制反應,擴散控制反應,球狀,平板,平板,球狀,楊德爾,金斯特林格,13－2 MoO3和CaCO3反應時，反應機理受到CaCO3顆粒大小的影響，當 MoO3：CaCO3 ＝1：1；r MoO3=0.036mm,r CaCO3 =0.13mm時，反應由擴散控制。當MoO3：CaCO3 ＝1：15； r CaCO3 <0.03mm時，反應由MoO3升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。

8、 答：當CaCO3 ： MoO3由1：1升高到15：1以及CaCO3顆粒逐漸變細后， MoO3升華到CaCO3表面反應所生成的產物擴散層很薄，故擴散極為迅速。因此整個反應的速度將由MoO3升華到CaCO3表面的速度決定。,5、當測量氧化鋁－水化物的分解速率時，當溫度從451℃增大到493℃時，其速率增大10倍，計算激活能。,由阿累尼烏斯公式： K=Aexp(-Q/RT)得：,5、某固相反應為擴散控制的反應。反應在1300℃恒溫36

9、00h后，有15％的粉料發(fā)生轉化，試求在300h后，反應的轉化率以及反應全部完成所需的時間。,由于該固相反應為擴散控制反應，且粉料可視為均狀大小球形，故用金斯特林格方程得： 1－2/3G－（1－G）2/3 =kt 由題中所給條件；t1=3600h G1=0.15 代入得K=7.45×10-7 所以當 t2=300h時，G2=0.045 全部轉化，則G＝1,第十四章 燒結,固相燒結,液相燒結,二、

10、晶粒生長和二次再結晶,一、傳質機理,三、影響燒結的因素,14－3 設有粉料粒度為5?m，若經2小時燒結后，x/r=0.1。 如果不考慮晶粒生長，若燒結至x/r=0.2。并分別通過蒸發(fā)－凝聚；體積擴散；粘性流動；溶解－沉淀傳質， 各需多少時間？若燒結8小時，各個傳質過程的頸部增長x/r又是多少？,14－3’ 如上題粉料粒度改為16 ?m，燒結至x/r=0.2，各個傳質需要多少時間？若燒結8小時時，各個傳質過程的頸部增長x/r又是多