湖南工學院
1、什麼是固相反應？發生固相反應的推動力是什麼？
解：固相反應：固體參與直接化學反應並發生化學變化，同時至少在乙個過程中起控制作用的反應。
固相反應推動力：系統化學反應前後的自由焓變化g<0△
2、什麼是楊德爾方程式？它是依據什麼模型推導出的？
解：楊德爾方程式：[1－（1－g ）1/3]2
＝k j t 楊德爾方程式依據球體模型推導出來，且擴散截面積一定的等徑球體。
3、什麼叫泰曼溫度？
解：固相反應強烈進行，體積擴散開始明顯進行，也就是燒結的開始溫度。
4、固相反應中，什麼是拋物線方程？什麼是楊德爾方程？它們的適應範圍分別是怎樣的？
解：拋物線方程：x 2
＝kt 表示產物層厚度與時間的關係。 楊德爾方程：[1－（1－g ）1/3]2＝k j t 說明物質轉化率與時間的關係。
拋物線方程適應於平板模型推導出的固相反應系統。 楊德爾方程適應於球體模型推導出來的固相反應系統。
5、固相反應中，什麼是楊氏方程？什麼是金氏方程？適應範圍分別是怎樣的？
解：楊德爾方程 （1－（1－g ）1/3）2
=kt 適應於球體模型擴散截面積恆定的情形。 金氏方程 x2（1－2/3·（x/r ））=kt 適應於球體模型擴散截面積不恆定的情形。
6、由al2o3和sio2粉末反應生成莫來石，過程由擴散控制，如何證明這一點？已知擴散活化能為209 kj/mol，1400℃下，1h完成10％，求1500℃下，1h和4h 各完成多少？（應用楊德方程計算）
解：如果用楊德爾方程來描述al2o3和sio2粉末反應生成莫來石，經計算得到合理的結果，則可認為此反應是由擴散控制的反應過程。
由楊德爾方程，得
又，故從而1500℃下，反應1h和4h時，由楊德爾方程，知
所以，在1500℃下反應1h時能完成15.03%，反應4h時能完成28.47%。
7、粒徑為1μm球狀al2o3由過量的mgo微粒包圍，觀察尖晶石的形成，在恆定溫度下，第1h有20％的al2o3起了反應，計算完全反應的時間。（1）用楊德方程計算；（2）用金斯特林格方程計算。
解：(1)用楊德爾方程計算：
代入題中反應時間1h和反應進度20%，得
h-1故完全反應（g=1）所需的時間h
(2)用金斯格林方程計算：
同理，代入題中反應時間1h和反應進度20%，得
h-1故完全反應（g=1）時，
所以完全反應所需的時間h
8、由al2o3和sio2粉末形成莫來石反應，由擴散控制並符合揚德方程，實驗在溫度保持不變的條件下，當反應進行1h的時候，測知已有15％的反應物發生了反應。（1）將在多少時間內全部反應物都生成產物？（2）為了加速莫來石的生成，應採取什麼有效措施？
解：（1）由楊德爾方程，得
反應完全(g=1)所需的時間為h
（2）可以採用一切有利擴散的因素來加速莫來石的生成：減小粒度，採用活性反應物(如al2o3·3h2o)，適當加壓等等
9、試分析影響固相反應的主要因素。
解：（1）反應物化學組成與結構的影響:反應物中質點作用力越大，反應能力越小；同一反應體系中，固相反應速度與各反應物間的比例有關；礦化劑的特殊作用。
（2）顆粒度和分布影響：粒徑越小，反應速度越快；同一反應體系中由於物料尺寸不同，反應速度會屬於不同動力學範圍控制；少量較大尺寸的顆粒存在會顯著延緩反應過程的完成。
（3）反應溫度的影響：溫度越高，質點熱運動增強，反應能力和擴散能力增強。
（4）壓力、氣氛的影響：兩固相間的反應，增大壓力有助顆粒的接觸面積，加速物質傳遞過程，使反應速度增加；對有液汽相參加的固相反應，提高壓力不表現積極作用，甚至適得其反。
（5）礦化劑的影響：晶格能越大，結構越完整和穩定，反應活性越低。加入礦化劑可以提高固相反應。
10、如果要合成鎂鋁尖晶石，可供選擇的原料為mgco3、mg(oh)2、mgo、al2o3·3h2o、γ-al2o3、α-al2o3。從提高反應速率的角度出發，選擇什麼原料較好？請說明原因。
解：應選用mgco3，mg(oh)2和al2o3·3h2o作原料較好。
因為mgco 3，mg(oh)2在反應中可以發生熱分解，al 2o 3·3h 2o 發生脫水反應和晶型轉變，將獲得具有較大比表面和晶格缺陷的初生態或無定形物質從而提高了反應活性，加劇了固相反應的進行。
11、若由mgo 和al 2o 3球形顆粒之間的反應生成mgal 2o 4是通過產物層的擴散進行的，
解：（1） 畫出其反應的幾何圖形，並推導出反應初期的速度方程。（2） 若1300℃時d al3＋＞d mg2＋，o 2－基本不動，那麼哪一種離子的擴散控制著mgal 2o 4的生成？
為什麼？
解：（1）假設:
a ）反應物是半徑為r 0的等徑球粒b ，x 為產物層厚度。
b ）反應物a 是擴散相，即a 總是包圍著b 的顆粒，且a ，b 同產物c 是完全接觸的，反應自球表面向中心進行。
c ）a 在產物層中的濃度梯度是線性的，且擴散截面積一定。
反應的幾何圖形如圖8-1所示：
根據轉化率g 的定義，得
將（1）式代入拋物線方程中，得反應初期的速度方程為：
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（2）整個反應過程中速度最慢的一步控制產物生成。d小的控制產物生成，即d mg2+小，mg2+擴散慢，整個反應由mg2+的擴散慢，整個反應由mg2+的擴散
材料物理化學
第八章習題答案
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