【文章內(nèi)容簡介】 ，可逆地增加物系表面積須對物質(zhì)所做的非體積功稱為表面能；J/m2 =N/m液體：不能承受剪應(yīng)力，外力所做的功表現(xiàn)為表面積的擴展，因為表面張力與表面能數(shù)量是相同的；固體：能承受剪切應(yīng)力，外力的作用表現(xiàn)為表面積的增加和部分的塑性形變，表面張力與表面能不等。2 、解：同一種物質(zhì)，其液體固體的表面結(jié)構(gòu)不同，液體分子可自由移動，總是通過形成球形表面來降低其表面能；固體則不能，固體質(zhì)點不能自由移動，只能通過表面質(zhì)點的極化、變形、重排來降低系統(tǒng)的表面能，固體表面處于高能量狀態(tài)（由于表面力的存在）。3 、解：吸附：固體表面力場與被吸附分子發(fā)生的力場相互作用的結(jié)果，發(fā)生在固體表面上，分物理吸附和化學(xué)吸附；粘附：指兩個發(fā)生接觸的表面之間的吸引，發(fā)生在固液界面上；銅絲放在空氣中，其表面層被吸附膜（氧化膜）所覆蓋，焊錫焊接銅絲時，只是將吸附膜粘在一起，錫與吸附膜粘附的粘附功小，銼刀除去表面層露出真正銅絲表面（去掉氧化膜），錫與銅相似材料粘附很牢固。4 、解：1J=107爾格（erg），1卡=，設(shè)方鎂石為正方體邊長為a ，V=a3 ， S表 = 6a2 ，比表面積S表/V= 6a2/ a3 =6/a ，1cm方鎂石顆粒粉碎為1μm顆粒時，比表面積 增加為:104倍，增加的表面能為：=。5 、解：結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱晶界。若相鄰晶粒的原子彼此無作用，那么，每單位面積晶界能將等于兩晶粒表面能之和，晶界結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的。但實際上，兩個相鄰晶粒的表面層上的原子間存在相互作用，且很強（兩者都力圖使晶界上質(zhì)點排列符合于自己的取向，所以晶界上原子形成某種過渡的排列方式，與晶格內(nèi)卻不同，晶界上原子排列疏松，處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，晶界上原子比晶界內(nèi)部相同原子有較高的能量），這種作用部分抵消了表面質(zhì)點的剩余的鍵力。7 、解：設(shè)水膜厚度為h，水密度1g/cm3，1個粒度1μ的顆粒水膜重量為6(104)2h1，1g石英可粉碎為N個1μ的粉末，, N(104)3=1N=1011, =h= =107m = 。8 、解：γ sg = γ lg cos θ + γ ls cosθ= == θ =144 176。 739。 90 176。，不能潤濕。 9 、解：γ lg =500erg/cm 2 ，求氧化物表面張力γ sg ，γsg =γlgcos45 176。+ γls，2xγlscos45 176。=γss γss=1000dyn/cm=102 N/cm=1N/m=1J/m2 =103erg/cm2γsg=500cos45 176。+ =。10 、解：(1)γgs= 176。+γlsγgs= 176。+600=900erg/cm2(2)γss=2cos 900=(3) 略。 第六章 相平衡與相圖1 ．固體硫有兩種晶型 ( 單斜硫、斜方硫 ) ，因此硫系統(tǒng)可能有四個相，如果某人實驗得到這四個相平衡共存，試判斷這個實驗有無問題。 2 ．圖（ 1 ）是具有多晶轉(zhuǎn)變的某物質(zhì)的相圖，其中 DEF 線是熔體的蒸發(fā)曲線。 KE 是晶型 I 的升華曲線； GF 是晶型 II 的升華曲線； JG 是晶型Ⅲ的升華曲線，回答下列問題： (1) 在圖中標明各相的相區(qū)，并把圖中各無變點的平衡特征用式子表示出來。 (2) 系統(tǒng)中哪種晶型為穩(wěn)定相 ? 那種晶型為介穩(wěn)相 ? (3) 各晶型之間的轉(zhuǎn)變是單向轉(zhuǎn)變還是雙向轉(zhuǎn)變 ? 3 ．在SiO2系統(tǒng)相圖中，找出兩個可逆多晶轉(zhuǎn)變和兩個不可逆多晶轉(zhuǎn)變的例子。 4 ．根據(jù)Al2O3—SiO2 系統(tǒng)相圖說明： (1) 鋁硅質(zhì)耐火材料，硅磚 ( 含 SiO298 ％ ) 、粘土磚 ( 含 Al2O3 35 ～50 ％) 、高鋁磚 ( 含 Al2O3 60 ～ 90 ％ ) 、剛玉磚 ( 含 Al2O390 ％ ) 內(nèi)，各有哪些主要的晶相。 (2) 為了保持較高的耐火度，在生產(chǎn)硅磚時應(yīng)注意什么 ? (3) 若耐火材料出現(xiàn) 40 ％液相便軟化不能使用，試計算含 40(mol) Al2O3的粘土磚的最高使用溫度。 5 ．在 CaOSiO2系統(tǒng)與 Al2O3SiO2系統(tǒng)中SiO2的液相線都很陡，為什么在硅磚中可摻人約 2 ％的 CaO 作礦化劑而不會降低硅磚的耐火度，但在硅磚中卻要嚴格防止原料中混入 Al2O3 否則會使硅磚耐火度大大下降。 6 ．加熱粘土礦物高嶺石 (Al2O3 2SiO2 2H2O) 至 600 ℃時，高嶺石分解為水蒸氣和Al2O32SiO2，繼續(xù)加熱到 1595 ℃時會發(fā)生什么變化？在這溫度下長時間保溫達到平衡，系統(tǒng)的相組成如何？當系統(tǒng)生成 40 ％液相時，應(yīng)達到什么溫度？在什么溫度下該粘土完全熔融 ? 7 ．圖（２）是最簡單的三元系統(tǒng)投影圖，圖中等溫線從高溫到低溫的次序是 t 6 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 根據(jù)此投影圖回答： (1) 三個組分 A 、 B 、 C 熔點的高低次序是怎樣排列的。 (2) 各液相面下降的陡勢如何 ? 那一個最陡 ? 那一個最平坦 ? (3) 指出組成為 65 ％ A ， 15 ％ B ， 20 ％ C 的系統(tǒng)的相組成點，此系統(tǒng)在什么溫度下開始結(jié)晶 ? 結(jié)晶過程怎樣 ? （表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段中發(fā)生的變化過程）。 (4) 計算第一次析晶過程析出晶相的百分數(shù)是多少 ? 第二次析晶過程 結(jié)束時，系統(tǒng)的相組成如何 ? 結(jié)晶結(jié)束時系統(tǒng)的相組成又如何 ? 8 ．圖 (3) 為生成二個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)，據(jù)圖回答下列問題： (1) 可將其劃分為幾個簡單的三元系統(tǒng) ? (2) 標出圖中各邊界及相區(qū)界線上溫度下降方向， (3) 判斷各無變量點的性質(zhì)，并將它們的平衡特征式子表示出來。 9 ．圖 (４) 是生成一致熔融二元化合物 (BC) 的三元系統(tǒng)投影圖。設(shè)有組成為： A ： 35 ％， B ： 35 ％， C ： 30 ％的熔體，試確定其在圖中的位置。冷卻時該熔體在何溫度下開始析出晶體。 10 ．如圖(5) ABC 三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)相圖回答下列問題： 1 ．在圖上劃分副三角形、用箭頭表示各條界線上溫度下降方向及界線的性質(zhì)； 2 ．判斷化合物 D 、 M 的性質(zhì)； 3 ．寫出各三元無變量點的性質(zhì)及其對應(yīng)的平衡關(guān)系式； 4 ．寫出組成點 G 在完全平衡條件下的冷卻結(jié)晶過程； 5 ．寫出組成點 H 在完全平衡條件下進行加熱時，開始出現(xiàn)液相的溫度和完全熔融的溫度；寫出完全平衡條件下進行冷卻，結(jié)晶結(jié)束時各物質(zhì)的百分含量（用線段比表示）。 11 ．根據(jù)圖(6) 回答下列問題： (1) 說明化合物 S1 、 S2 的性質(zhì)； (2) 在圖中劃分分三元系統(tǒng)及用箭頭指示出各界線的溫度下降方向及性質(zhì)； (3) 指出各無變點的性質(zhì)并寫出各點的平衡關(guān)系； (4) 寫出 1 、 3 組成的熔體的冷卻結(jié)晶過程 ( 表明液、固相組成點的變化及結(jié)晶過程各階段系統(tǒng)中發(fā)生的變化過程 ) 。并總結(jié)判斷結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶過程結(jié)束點的規(guī)律； (5) 計算熔體 l 結(jié)晶結(jié)束時各相百分含量，若在第三次結(jié)晶過程開始前將其急冷卻 ( 這時液相凝固成為玻璃相 ) 各相的百分含量又如何 ?( 用線段表示即可 ) ； (6) 加熱組成 2 的三元混合物將于哪一點溫度開始出現(xiàn)液相 ? 在該溫度下生成的最大液相量是多少 ? 在什么溫度下完全熔融 ? 寫出它的加熱過程。 12 ． 下圖為具有化合物生成的三元系統(tǒng)相圖，根據(jù)此三元系統(tǒng)相圖解答下列問題 (1)判斷各化合物的性質(zhì)； (2) 用箭頭表示相區(qū)界線溫度變化方向及界線性質(zhì)； (3) 劃分副三角形，并寫出各三元無變量點的平衡過程及性質(zhì)； (4) 用規(guī)范化寫法寫出 M 點對應(yīng)組分的平衡結(jié)晶過程； (5) N 點對應(yīng)的三元組成點加熱時在那一點溫度下開始出現(xiàn)？哪一點溫度下完全熔化？ 13 ．根據(jù)圖(7) 回答下列問題： (1) 用箭頭標出各界線的溫度下降方向及性質(zhì)； (2) 指出各無變點的性質(zhì)，并寫出其平衡關(guān)系； (3) 寫出熔體 M 的結(jié)晶過程，說明液相離開 R 點的原因； (4) 畫出 AB 、 BC 二元系統(tǒng)相圖。 14 ． 比較各種三元無變量點 ( 低共熔點，雙升點，雙降點，過渡點和多晶轉(zhuǎn)變點 ) 的特點。寫出它們的相平衡關(guān)系。 15 ．對課本的 MgOAl2O3Si02系統(tǒng)和 K2O —Al2O3SiO2 系統(tǒng)相圖劃分副三角形。 16 ．參看 CaOAl2O3Si02 系統(tǒng)相圖，回答下列問題： (1) 組成為 66 ％ CaO ， 26 ％ Si02 ， 8 ％ Al2O3 ，即書中 3 點的水泥配料將于什么溫度開始出現(xiàn)液相 ? 這時生成的最大液相量是多少 ( 根據(jù)詳 6 圖 CaOC2SC12A4 部分系統(tǒng)計算 ) 。 (2) 為了得到較高的 C2S 含量，題 (1) 組成的水泥燒成后急冷好，還是緩冷讓其充分結(jié)晶好 ? (3) 欲得到題 (1) 組成的水泥，若只用高嶺土和石灰石 (Al2O32Si022H20 和 CaCO3) 配料，能否得到該水泥的組成點 ? 為什么 ? 若不能，需要加入何種原料 ? 并計算出所需各種原料的百分含量。 17 ．根據(jù) Na2OCaOSiO2 系統(tǒng)相圖回答： (1) 組成為 13 ％ Na2O ， 13 ％ CaO ， 74 ％ SiO2 玻璃配合料將于什么溫度熔化 ? 在什么溫度完全熔融 ? (2) 上面組成的玻璃，當加熱到 1050 ℃， 1000 ℃， 900 ℃， 800 ℃時，可能會析出什么晶體 ? (3) NC2S6晶體加熱時是否會不一致熔化 ? 分解出什么晶體，熔化溫度如何 ? 18 ．在陶瓷生產(chǎn)中一般出現(xiàn) 35 ％液相就足以使瓷坯?；?。而當液相達到 45 ％時，將使瓷坯變形，成為過燒。根據(jù)課本 MgOAl2O3SiO2 具體計算含 10 ％偏高嶺， 90 ％偏滑石的配料的燒成溫度范圍。 19 ．計算含 50 ％高嶺石， 30 ％長石， 20 ％石英的一個瓷器配方在 1250 ℃ 燒成達到平衡時的相組成及各相的相對量。 20 ．根據(jù)課本圖 K20Al2O3SiO2 系統(tǒng)相圖。如果要使瓷器中僅含有 40 ％莫來石晶相及 60 ％的玻璃相、原料中應(yīng)含 K2O 若干 ? 若僅從長石石中獲得， K2O 原料中長石的配比應(yīng)是多少 ? 21 ．高鋁水泥的配料通常選擇在CA相區(qū)范圍內(nèi)，生產(chǎn)時常燒至熔融后冷卻制得，高鋁水泥主要礦物CA ，而C2AS 沒有水硬性，因此希望水泥中不含 C2AS 。這樣在 CA 相區(qū)內(nèi)應(yīng)取什么范圍的配料才好，為什么 ( 注意生產(chǎn)時不可能完全平衡．而會出現(xiàn)獨立結(jié)晶過程 )? 復(fù) 習(xí) 提 綱 (1) 基本概念：相圖、自由度、組元數(shù)與獨立組元數(shù)、吉布斯向律、杠桿規(guī)則、初晶區(qū)規(guī)則、三角形規(guī)則、背向線規(guī)則、切線規(guī)則； (2)掌握相圖的表示方法，包括單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖、三元系統(tǒng)相圖； 對于單元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子；對于二元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計算；對于三元系統(tǒng)相圖，要求掌握點、線、區(qū)間的性質(zhì)，會寫無變量點的平衡式子，掌握冷卻結(jié)晶過程的分析以及過程量的計算。 圖（1）圖（2）圖（3）圖（4）圖（5）圖（6）圖（7）圖（8）答案1 、解：有問題，根據(jù)相律，F(xiàn)=CP+2=1P+2=3P，系統(tǒng)平衡時，F(xiàn)=0 ，則P=3 ，硫系統(tǒng)只能是三相平衡系統(tǒng)。2 、解：(1) KEC 為晶型Ⅰ的相區(qū)， EFBC 過冷液體的介穩(wěn)區(qū)， AGFB 晶型Ⅱ的介穩(wěn)區(qū)， JGA 晶型Ⅲ的介穩(wěn)區(qū)； (2)晶型Ⅰ為穩(wěn)定相，晶型Ⅱ、Ⅲ為介穩(wěn)相；因為晶型Ⅱ、Ⅲ的蒸汽壓高于晶型Ⅰ的，即它們的自由能較高，有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茌^低的晶型Ⅰ的趨勢； 多晶轉(zhuǎn)變點的溫度高于兩種晶型的熔點；Ⅱ、Ⅲ轉(zhuǎn)變可逆的，雙向的，多晶轉(zhuǎn)變點溫度低于Ⅱ、Ⅲ的熔點。3 、解：可逆多晶轉(zhuǎn)變： β石英←→α石英 α石英←→α鱗石英 不可逆多晶轉(zhuǎn)變： β方石英←→β石英 γ鱗石英←→β石英 4 、解：(1) 硅磚(含 SiO2 98%) 主要晶相： SiO2 、 2Al203 2SiO 3 固溶體（莫來石） 粘土磚(含 Al203 35 ～ 50%) 主要晶相： SiO2 、A3S2 高鋁磚(含 Al203 60 ～ 90%) 主要晶相： 60 ～ 72%A3S2 72 ～ 90% Al203 、A3S2 (2)為了保持硅磚的耐火度，要嚴格防止原料中混如 Al203 。 SiO2 熔點為 1723 ℃ ， SiO2 液相很陡，加入少量的 Al203 后，硅磚中會產(chǎn)生大量的液相， SiO2 的熔點劇烈下降。如加入 1wt% Al203 ，在低共熔點(1595 ℃)時產(chǎn)生的液相量為 1/=% ，會使硅磚的耐火度大大下降； (3)略。 5 、解： SiO2 中加入少量的 CaO ，在低共熔點 1436 ℃ 時，液相量為 2/37=% ，液相量增加不多，不會降低硅磚的耐火度，故可加少量 CaO 作礦化劑。 6 、解： Al203 2SiO2 H2O Al203 2SiO2 + H2O Al203 2SiO2 相圖中 SiO2 %=33%mol (1)加熱到 1595 ℃ 時，生成A3S2 (2) 1595 ℃ 長時間保溫，系統(tǒng)中為液相和A3S2 ， L%= =% (3)略； (4)完全熔融即固相完全消失，應(yīng)為 33% 直線與液相線交點處溫度。 7 、解：(1)高→ 低 B→C→A (2) B 最陡， C 次之， A 最次； (3)在 M 點所在的溫度下開始析晶， 液相組成點 M→M→1→E （結(jié)晶結(jié)束） 固相組成點 A→ A→ D→ M (4)第一次析晶僅析出晶相 A ，到