扩散与固相反应失重规律

扩散与固相反应

7-1 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D＝γr2Γ形式写出其扩散系数（设点阵常数为a）。（式中r为跃迁自由程；γ为几何因子；Γ为跃迁频率。）

7-2 设有一种由等直径的A、B原子组成的置换型固溶体。该固溶体具有简单立方的晶体结构，点阵常数A＝0.3nm，且A原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12mm距离内原子百分数由0.15增至0.63。又设A原子跃迁频率Γ＝10-6s-1，试求每秒内通过单位截面的A原子数？

7-3 制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107个硅原子中含有一个磷原子，而在表面上是涂有每107个硅原子中有400个磷原子，计算浓度梯度（a）每cm上原子百分数，（b）每cm上单位体积的原子百分数。硅晶格常数为0.5431nm。

7-4 已知MgO多晶材料中Mg2+离子本征扩散系数（Din）和非本征扩散系数（Dex）由下式给出

（a） 分别求出25℃和1000℃时，Mg2+的（Din）和（Dex）。

（b） 试求在Mg2+的lnD～1/T图中，由非本征扩散转变为本征扩散的转折点温度？ 7-5 从7-4题所给出的Din和De

扩散与固相反应

7-1 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D＝γr2Γ形式写出其扩散系数（设点阵常数为a）。（式中r为跃迁自由程；γ为几何因子；Γ为跃迁频率。）

7-2 设有一种由等直径的A、B原子组成的置换型固溶体。该固溶体具有简单立方的晶体结构，点阵常数A＝0.3nm，且A原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12mm距离内原子百分数由0.15增至0.63。又设A原子跃迁频率Γ＝10-6s-1，试求每秒内通过单位截面的A原子数？

7-3 制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料如硅中。假如硅片厚度是0.1cm，在其中每107个硅原子中含有一个磷原子，而在表面上是涂有每107个硅原子中有400个磷原子，计算浓度梯度（a）每cm上原子百分数，（b）每cm上单位体积的原子百分数。硅晶格常数为0.5431nm。

7-4 已知MgO多晶材料中Mg2+离子本征扩散系数（Din）和非本征扩散系数（Dex）由下式给出

（a） 分别求出25℃和1000℃时，Mg2+的（Din）和（Dex）。

（b） 试求在Mg2+的lnD～1/T图中，由非本征扩散转变为本征扩散的转折点温度？ 7-5 从7-4题所给出的Din和De

第七章 扩散与固相反应

例 题

7-1 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况，并以D＝γrΓ形式写出其扩散系数（设点阵常数为a）。（式中r为跃迁自由程；γ为几何因子；Γ为跃迁频率。）

解：在面心立方晶体中，八面体空隙中心在晶胞体心及棱边中心。相邻空隙连线均为[110]晶向，空隙间距为a2。因而碳原子通过在平行的[110]晶面之间跳动完成扩散。若取[110]为X轴、[110]为Y轴、

2

[001]为Z轴，则碳原子沿这三个轴正反方向跳动的机会相等。因此碳原子在平行[110]晶面之间跳动的几率即几何因子γ＝1/6。

在体心立方晶体中，八面体空隙中心在晶胞面心及核边中心，相邻空隙间距为a/2。其连线为[110]晶向，可以认为碳原子通过在平行的[200]晶面之间来完成扩散，取[100]、[010]、[001]为X、Y、Z轴。碳原子沿这三个轴正反方向跳动机会均等，因而碳原子在平行的[200]晶面间跳动的几率γ＝1/6。

??16r?在面心立方铁中

22

代入D??r?

2)???a?12

222D面心?16?(a在体心立方铁中??16r?a2

7-2 设有一种由等直径的A、B原子组成的置换型固溶体。该固溶体具有简单立方的晶体结构，

固相反应动力学实验设计报告

一、实验具体项目

通过Na2CO3-SiO2系统的反应（Na2CO3＋SiO2—→Na2SiO3＋CO2↑） 验证固相反应的动力学规律-金斯特林格方程。通过作图计算出反应的速度常数和反应的表观活化能。

二、实验方法

TG法。现代热重分析仪与微分装置连用，可同时得到TG-DTG曲线，即得到固相反应系统的重量变化与时间的关系。

三、实验仪器和药品

Q600-SDT差示扫描量热/热重（DSC/TGA）同步热分析仪、铂金坩埚一只、不锈钢镊子两把、Na2CO3一瓶、SiO2一瓶（均为A·R级）

四、实验步骤

1、样品制备

将Na2CO3和SiO2分别在玛瑙研钵中研细，过250目筛。SiO2的筛下料在空气中加热至800℃，保温5h，Na2CO3筛下料在200℃烘箱中保温4h。把上述处理好的原料按Na2CO3：SiO2=1:1摩尔比配料，混合均匀，烘干，放入干燥器内备用。

2、测试步骤

1).检查周围环境及仪器状态：要求室内环境温度为23±5℃。在SDT和控制器之间进行所有必要的电缆连接,连接所有气体线路,检查并接通各个装置的电源,将控制器连接到仪器,熟悉控制器的操作,如果有必要,请校准SDT。

2).设置净化气体

东南大学材料科学与工程实验报告 共 页，第 页

东南大学材料科学与工程

实验报告

学生姓名 徐佳乐 班级学号 12011421 实验日期 2014/9/9 批改教师 课程名称 电子信息材料大型实验 批改日期 实验名称 高温固相反应制备荧光粉材料 报告成绩

一、 实验目的

1、 初步掌握高温固相法制备荧光粉的工艺；

2、 了解影响荧光粉性能的因素。

二、 实验原理

荧光粉材料是指激发源（紫外光、阴极射线等）激发下能产生可见荧光的一类功能材料。荧光粉材料的制备有很多方法，如高温固相反应、燃烧法、溶胶凝胶法、共沉法，燃烧法和微波辅助加热等。其中高温固相反应法合成荧光粉材料的合成工艺比较成熟，能保证形成良好的晶体结构，而且适于大规模工业化生产，在实际生产中应用最为广泛。

高温固相反应制备荧光粉样品包括配料、混料、灼热还原、破碎、分级等几个步骤。即将反应原料按一定化学计量比

以氢氧化锂、磷酸二氢铵和醋酸钴为原料,首先经低热固相反应合成得到前驱体NH4CoPO4,再经高温固相反应制备得到LiCoPO4纳米晶。应用XRD、FT-IR、SEM等方法对产物进行表征。研究表明：前驱体NH4CoPO4在高温下很快就发生反应或变为非晶态。固相合成LiCoPO4是多个反应共存且相互关联的复杂过程,样品中共生Co2P2O7杂质。Li3PO4和LiCoPO4、Co2P2O7经历了不同的反应历程;Li3PO4转化反应

第 2第 6期 4卷 21年 l 00 2月

高

校

化

学

工

程

学

报

N O 6、o 4 ,l 2

J una fCh m ia gn eigof o r l e cl o En ie rn n s iest s ChieeUnv rie i

De e

2 O Ol

文章编号： 10 -01(0 00 .9 70 0 39 52 1 )60 6—7

前驱体固相反应合成 Li P纳米晶过程反应动力学 Co O4黄映恒一童张法廖，,,森蓝建京，陈义族，一

(.广西大学化学化工学院广西南宁 5 0 0; 2 1 3 0 4 .河池学院化学系，广西宜州 5 6 0) 43 0

摘

要：以氢氧化锂、磷酸二氢铵和醋酸钴为原料，首先经低热固相反应合成

以氢氧化锂、磷酸二氢铵和醋酸钴为原料,首先经低热固相反应合成得到前驱体NH4CoPO4,再经高温固相反应制备得到LiCoPO4纳米晶。应用XRD、FT-IR、SEM等方法对产物进行表征。研究表明：前驱体NH4CoPO4在高温下很快就发生反应或变为非晶态。固相合成LiCoPO4是多个反应共存且相互关联的复杂过程,样品中共生Co2P2O7杂质。Li3PO4和LiCoPO4、Co2P2O7经历了不同的反应历程;Li3PO4转化反应

第 2第 6期 4卷 21年 l 00 2月

高

校

化

学

工

程

学

报

N O 6、o 4 ,l 2

J una fCh m ia gn eigof o r l e cl o En ie rn n s iest s ChieeUnv rie i

De e

2 O Ol

文章编号： 10 -01(0 00 .9 70 0 39 52 1 )60 6—7

前驱体固相反应合成 Li P纳米晶过程反应动力学 Co O4黄映恒一童张法廖，,,森蓝建京，陈义族，一

(.广西大学化学化工学院广西南宁 5 0 0; 2 1 3 0 4 .河池学院化学系，广西宜州 5 6 0) 43 0

摘

要：以氢氧化锂、磷酸二氢铵和醋酸钴为原料，首先经低热固相反应合成

一轮复习

超重与失重

1．一个重为500N的人站在升降机内的磅秤上，在升降机运动过程中看到磅秤示数为

2

450N，则升降机的运动情况是（重力加速度g＝10m/s）（ ）

2

A、向上加速，加速度大小为1m/s

2

B、向上减速，加速度大小为1m/s

2

2

D

C

【答案】B 【解析】

试题分析：根据牛顿第二定律

计算得a=1m/s,具有向下的加速度，即可以

2

是向下加速，也可是向上减速，故选B 考点：超重失重现象

点评：本题考查了结合牛顿第二定律的超重与失重问题的计算。

2．“神舟七号”飞船中的宇航员处于完全失重状态，下列说法中正确的是（ ） A．宇航员受力平衡

B．宇航员不受任何力作用 C．宇航员仍受重力作用

D．宇航员受到座舱对他的支持力 【答案】C 【解析】

试题分析：“神舟七号”飞船中的宇航员处于完全失重状态，但宇航员受力并不平衡，万有引力提供向心力，选项AB错误；重力等于向心力，选项C正确；完全失重状态下，任何物体间没有相互作用力，选项D错误；故选C 考点：考查完全失重

点评：本题难度较小，完全失重状态下任何物体间没有相互作用力

3．用电梯将货物从六楼送到一楼的过程中，货物的v-t图象如图所示．下列说法正确的是

A．前2s内货物处于超重状态

B．货物在2s ～ 9 s内只

烃类热裂解反应的特点与规律

1.烃类热裂解反应的特点 烃类热裂解反应具有以下特点：

①无论断链还是脱氢反应，都是热效应很高的吸热反应； ②断链反应可以视为不可逆反应，脱氢反应则为可逆反应 ③存在复杂的二次反应； ④反应产物是复杂的混合物。

2.烃类热裂解反应的一般规律 (1)烷烃的裂解反应规律；

①同碳原子数的烷烃，C-H键能大于c-c键能，断链反应比脱氢反应容易。 ②烷烃分子的碳链越长，越容易发生断链反应。

③烷烃的脱氢能力与其结构有关，叔氢最易，仲氢次之，伯氢再次之。 ④含有支链的烷烃容易发生裂解反应。乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应。

(2)环烷烃的裂解反应规律

①侧链烷基比环烷烃容易裂解，长侧链中央的c-c键先断裂，含有侧链的环烷烃裂解比无侧链的环烷烃裂解的烯烃收率高。

②环烷烃脱氢反应生成芳烃，比开环反应生成烯烃容易。 ③低碳数的环比多碳数的环难以裂解。

裂解原料中的环烷烃含量增加，乙烯收率下降，而丁二烯和芳烃的收率有所提高。

(3)各种烃类热裂解的反应规律

①烷烃：正构烷烃，最有利于生成乙烯、丙烯，分子

烃类热裂解反应的特点与规律

1.烃类热裂解反应的特点 烃类热裂解反应具有以下特点：

①无论断链还是脱氢反应，都是热效应很高的吸热反应； ②断链反应可以视为不可逆反应，脱氢反应则为可逆反应 ③存在复杂的二次反应； ④反应产物是复杂的混合物。

2.烃类热裂解反应的一般规律 (1)烷烃的裂解反应规律；

①同碳原子数的烷烃，C-H键能大于c-c键能，断链反应比脱氢反应容易。 ②烷烃分子的碳链越长，越容易发生断链反应。

③烷烃的脱氢能力与其结构有关，叔氢最易，仲氢次之，伯氢再次之。 ④含有支链的烷烃容易发生裂解反应。乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应。

(2)环烷烃的裂解反应规律

①侧链烷基比环烷烃容易裂解，长侧链中央的c-c键先断裂，含有侧链的环烷烃裂解比无侧链的环烷烃裂解的烯烃收率高。

②环烷烃脱氢反应生成芳烃，比开环反应生成烯烃容易。 ③低碳数的环比多碳数的环难以裂解。

裂解原料中的环烷烃含量增加，乙烯收率下降，而丁二烯和芳烃的收率有所提高。

(3)各种烃类热裂解的反应规律

①烷烃：正构烷烃，最有利于生成乙烯、丙烯，分子