厦大期末习题课

主要作业讲评补充补充练习关于考试时间：2011年6月17日14：00-16：00地点：南二402南二403考试形式：闭卷考试题型：填空题、概念题、简答及证明题、应用及计算题最终成绩：平时（作业、提问、出勤）15％，期末考：85％一、4、滤波片的作用是什么？应该怎样选择？一、4、滤波片的作用是什么？应该怎样选择？滤波片的作用：吸收掉大部分的Kβ，使Kβ谱线及连续光谱的强度尽量减弱，获得白色X射线，提高分析精度。滤波片的选择:(1)厚度控制原则：太厚吸收太多，太薄作用不明显。一般使Kα与Kβ的比为600：1，此时Kα的强度将降低30～50%(2)它的吸收限位于辐射源的Kα和Kβ之间，且尽量靠近Kα。强烈吸收Kβ，Kα吸收很小；(3)滤波片以将Kα强度降低一半最佳。Z靶<40时Z滤片=Z靶-1；Z靶>40时Z滤片=Z靶-2；(Z表示原子序数)例如，Cu靶一般选用Ni做滤波片，而Mo靶则选用Zr做滤波片。二、9、对于晶粒直径分别为100，75，50，25nm的粉末衍射图形，请计算由于晶粒细化引起的衍射线条宽化幅度（设θ＝45°，λ＝0.15nm）。又对于晶粒直径为25nm的粉末，试计算θ＝10°、45°、80°时的B值。1衍射线宽化的原因　　用衍射仪测定衍射峰的宽化包括仪器宽化和试样本身引起的宽化。试样引起的宽化又包括晶块尺寸大小的影响、不均匀应变（微观应变）和堆积层错（在衍射峰的高角一侧引起长的尾巴）。后二个因素是由于试样晶体结构的不完整所造成的。2谢乐方程　　若假设试样中没有晶体结构的不完整引起的宽化，则衍射线的宽化仅是由晶块尺寸造成的，而且晶块尺寸是均匀的，则可得到谢乐方程(ScherrerEquation)：D=Kλ／Bcosθ　式中，K为Scherrer常数，其值为0.89；D为晶粒尺寸（nm）；B为衍射峰半高宽度，在计算的过程中，需转化为弧度（rad）；θ为衍射角；λ为X射线波长。B＝Kλ／Dcosθ二、10、试计算出金刚石晶体的系统消光规律（F2表达式）。该晶体为立方晶，单胞中有8个C原子分别位于以下位置：000，1/21/20，1/201/2，01/21/2，1/41/41/4，3/43/41/4，3/41/43/4，1/43/43/4。当h,k,l部分为奇数，部分为偶数时，Fhkl=0，系统消光；当h,k,l全部为奇数时，Fhkl=4f(1±i)，|F|=4f，强度较弱；当h,k,l为偶数且（h+k+l）/2为偶数时，Fhkl=8f，|F|=8f，强度较强；当h,k,l为偶数且（h+k+l）/2为奇数时，Fhkl=0，系统消光。三、1用CuK射线以粉晶法测定下列物质,求最内层的三个德拜环的2角及所代表晶面的hkl值:(1)简单立方晶体(a=3.00Å)(2)简单四方晶体(a=2.00Å,c=3.00Å)布拉格方程，；对于CuK射线，λ=1.542Å最内层的德拜环意味着最小的2，对应最大的d(1)简单立方晶体可得最内层的三个德拜环所代表晶面为（100）、（110）、（111）(2)简单四方晶体可得最内层的三个德拜环所代表晶面为（001）、（100）、（011）三、2、用MoK照射一简单立方粉末样品(a=3.30Å),用Ewald作图表示所发生的200衍射.MoK=0.7107Å三、4、Debye图中在高、低角区出现双线的原因分别是什么？布拉格方程Kα1、Kα2和Kβ的波长不同三、5、试求直径为57.3mmDebye相机在θ=80o与20o时由Kα1、Kα2所引起的双线间距是多少。所用光源为Cu靶（λ1=0.154050nm;λ2=0.154434nm;λ=0.154178nm;)。如所用光源为Cr靶,结果将如何？直径为57.3mmDebye相机，1mm对应的θ角为1°三、6、试求直径为57.3mmDebye相机在θ=60o时由Kα1、Kα2所引起的双线间距是多少。所用光源为Fe靶（λ1=0.193593nm;λ2=0.193991nm)Δ2θ=2θ1-2θ2四、5、金钢石、石墨、碳制成的三个粉末样品，估计它们的衍射图谱各有什么特点？由于金刚石属于立方晶系的四面体结构，石墨属于六方晶系的多层结构，在X射线衍射图谱中，两者都有尖锐的峰。而碳由于是无定形结构，属于非晶体，其X射线衍射图谱没有峰。四、7、某立方晶体衍射图中，从低角到高角有8条衍射峰，其2θ依次为38.56/55.71/69.82/82.73/95.26/107.94/121.90/138.31°,能否判断该样品的点阵类型？令m=h2+k2+l28条衍射峰的sin2θ比值为1:2:3:4:5:6:7:8即m比值为1:2:3:4:5:6:7:8体心立方（bcc)假定矿石中的Fe是以Fe2O3的形式存在。根据公式：得：五、2、用Fe2O3作为内标物质测定其本身与其它化合物组成矿石中Fe的含量。矿石中Fe的Kα谱线的强度测量为1min计数9000脉冲（背底1200脉冲）；当97g矿石中加入3gFe2O3后Fe的Kα为1min28800脉冲（背底为1800脉冲）。求矿石中Fe的含量。六、1、精确测定点阵常数为什么要选择高角度衍射线条？布拉格方程2dsinθ＝nλ微分得Δλ＝2sinθΔd+2dcosθΔθ即Δd/d＝Δλ/λ-cotθΔθ如果不考虑波长λ的误差，则Δd/d＝-cotθΔθ6、用（微分）的方法推导当衍射角接近90度时，测得晶格常数的误差最小。六、3、测得铝在298℃不同衍射半角（θ）对应的晶面分别为：55.486-(331);57.714-(420);67.763-(422);78.963-(333)。试用外推法求其点阵常数（作图）解：用外推法a对cos2θ作图时，全部衍射线条的θ＞60°，而且至少有一根线其θ在80°以上。由于题中所给的数据不满足上述条件，因而不作a-cos2θ图。当θ＞60°区的衍射线很少时，可采用纳尔逊（Nelson.J.B.）函数:它的线性区较大，θ＞30°即可以用。因此作a-f(θ)图。可得：由通常采用铜靶，λ=1.542Åθ采用弧度制作a-f(θ)图如下：由图可以得出，铝的点阵常数为4.082Å六、3、测得铝在298℃不同衍射半角（θ）对应的晶面分别为：55.486-(331);57.714-(420);67.763-(422);78.963-(333)。试用外推法求其点阵常数（作图）八、4、某立方晶体的电子衍射花样是一系列同心圆，测得其直径分别为13.24,15.28,21.64,25.39,26.42,30.55,33.35mm。已知电镜的有效相机常数K＝1.48mm.nm，问该样品的晶体点阵常数为多少？电子衍射的相机常数K=Lλ=RdD=2R与D2成正比3:4:8:11:12:16:19h12+k12+l12=3,对应晶面为（111）。面心立方八、5、用作标样金（Au）的电子衍射花样是一系列同心圆，靠近圆心的圆的直径分别为13.24,15.29,21.62,25.35mm。已知金的点阵常数a＝0.4078nm。问该电镜的有效相机常数为多少？十一、1、影响TG曲线的因素？1、仪器因素(1)浮力和对流(2)挥发物的再凝聚(3)坩埚与试样的反应及坩埚的几何特性2、实验条件(1)升温速率(2)气氛的种类和流量3、试样影响(1)试样自身的结构缺陷情况、表面性质(2)试样用量(3)试样粒度十一、2、试推导热重仪器中试样表观增重与气体密度的关系。根据所推导的表观增重公式说明影响表观增重的因素。答：试样的表观增重是指由于温度升高导致浮力下降，而造成的试样增重。受热过程由于空气密度的改变，使试样的浮力改变，从而使天平的读数有所改变（一般低温时气体密度大，高温时气体密度小）表观增重（ΔW）：ΔW=WT-W0WT——对应于T温度下的重量；W0——对应于T0温度下的重量；ΔW=Vg（ρ0-ρ）=Vgρ0（1-T0/T）V——受浮力作用的（在加热区）试样盘和支撑杆的体积；ρ0——试样周围气体在T0时的密度；T——测试时某时刻的温度（K）。影响表观增重的因素:V、ρ0、T。十一、3、有一石灰石矿，其粉料的TG-DSC联合分析图上可见一吸热谷，其Tonset为880℃，所对应的面积为360×4.184J/g，对应的TG曲线上失重为39.6%，计算：①该矿物的碳酸钙含量？（碳酸钙分子量为100.9）②碳酸钙的分解温度？③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量？解：①设：石灰石粉料的质量为m克，碳酸钙的百分比含量为x，CO2气体的质量为y克，则CaCO3的质量为mx。CaCO3CaO+CO2100.944mxy而∴该矿物的碳酸钙含量为90%②碳酸钙的分解温度的起始温度Tonset为880℃。③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量为十一、4、将0.6025g试样溶解，并将其中的Ca2+和Ba2+沉淀为草酸盐。随后将草酸盐置于热天平中加热、分析。在320~400℃称得质量为0.5713g，在580~620℃称得质量为0.4673g。计算试样中Ca和Ba的质量分数。解：草酸钙、草酸钡加热反应过程： 320℃之前：CaC2O4•H2O→CaC2O4+H2OBaC2O4•H2O→BaC2O4+H2O400℃-580℃之间：CaC2O4→CaCO3+COBaC2O4→BaCO3+CO620℃之后： CaCO3→CaO+CO2BaCO3→BaO+CO2∴320~400℃时，物质为CaC2O4和BaC2O4580~620℃时，物质为CaCO3和BaCO3设Ca有xmol，Ba有ymol则128x+225y=0.5713x=2.73×10-3mol100x+197y=0.4673y=9.88×10-4mol∴mCa=40x=0.109gmBa=137y=0.135g十二、1、在有机化合物的鉴定和结构判断上，紫外-可见吸收光谱有什么特点？答：紫外吸收光谱提供的信息基本上是关于分子中生色团和助色团的信息，而不能提供整个分子的信息，即紫外光谱可以提供一些官能团的重要信息，所以只凭紫外光谱数据尚不能完全确定物质的分子结构，还必须与其它方法配合起来。十二、2、取钢样1.00g，溶解于酸中，将其中锰氧化成高锰酸盐，准确配制成250mL，测得其吸光度为1.00*10-3mol•L-1KMnO4溶液吸光度的1.5倍。计算钢中锰的百分含量。解：锰的摩尔质量为54.94g/mol根据朗伯-比尔定律可知,浓度与吸光度成正比。所以试样中KMnO4溶液的浓度为1.00×10-3×1.5mol/L=1.5×10-3mol/L十三、3、配制一系列溶液，其中Fe2+相同（各加入7.12*10-4mol•L-1Fe2+溶液2.00mL），分别加入不同体积的7.12*10-4mol•L-1的邻二氮菲溶液，稀释至25mL后用1cm比色皿在510nm处测得吸光度如下：求配合物的组成。十二、4、异亚丙基丙酮有两种异构体的存在（A和B如下图）：其中之一最大吸收在236nm处，其ε=12000，而另一个在大于200nm处没有强吸收，请鉴定两种异构体。答：A为α、β-不饱和酮，该分子中存在两个双键的ππ共轭体系，吸收峰波长较长。因此最大吸收在236nm处，其ε=12000的为A异构体。在大于200nm处没有强吸收，说明分子中无K吸收带，故为B异构体。补充知识点紫外可见吸收光谱的应用——定量分析紫外可见分光光度法原理：朗伯——比尔定律其中I0－入射光强度I－透射光强度ε－摩尔吸收系数l－试样的光程长，即比色皿的厚度c－溶质浓度用分光光度法测定被测组分常用工作曲线法，又称曲线法。紫外可见分光光度法标准曲线法首先配制一系列不同质量浓度被测元素的标准溶液，显色后于一定波长（通常是最大吸收处波长）处测量吸光度，然后以标准溶液质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条过原点的直线，即工作曲线。待分析样品经化学处理，与标准溶液同条件下显色并测其吸光度。由工作曲线上查得该溶液中被测元素的质量浓度，从而计算样品中被测组分的质量分数。铁标准曲线吸光度为扣空白的吸光度例：多晶硅中铁含量的测定硅试液的配制：用氢氟酸和硝酸使硅溶解，高氯酸冒烟驱除硅，氟等物质，残渣用盐酸溶解。分光光度法测定铁含量：用盐酸羟胺将Fe3+还原成Fe2+。在pH=3～5的微酸性溶液中，Fe2+与1,10-二氮杂菲生成橙红色络合物。于分光光度计波长510nm处测量其吸光度。铁含量的计算：式中A——样液吸光度；A0——空白吸光度；V——样液总体积，mL；V1——移取样液体积，mL；k——铁标准工作曲线斜率，μg-1；m——多晶硅的质量，g；补充练习（1）材料的三要素是　　　　，　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。（2）X射线本质上是一种。产生的主要原因是。（3）X射线滤波片的作用是使K谱线及连续光谱的强度以提高分析精度，一般使K与K的比为600：1时，K的强度将降低。（4）常见的晶体结构有。对立方晶系，求面间距公式为。（5）X射线衍射分析晶体结构时，晶胞的大小与形状由决定；而原子的种类和在晶胞中的位置由决定。（6）影响衍射峰形状的主要实验参数有、、。（7）扫描电镜利用样品产生的进行形貌和组织观察；而透射电镜可利用进行组织观察和进行结构分析。（8）当透射电镜的中间镜物平面与物镜的重合时，得到放大的像（成像操作），而中间镜物平面与物镜的重合时，得到的是电子衍射花样（衍射操作）。（9）本课程中表面成分分析的仪器有，微区成分分析的仪器有。（10）倒点阵基矢正点阵中与本身异名的两基矢所形成的平面，倒易矢量的长度等于正点阵晶面间距的。补充练习（11）多晶体的电子衍射花样是，单晶体的衍射花样是，而非晶态物质只有一个漫射的。（12）可见光的波长为400nm，作为光学显微镜的光源，则其极限分辨率为；而用加速电压为100KV（孔径半角为10-2rad）的电磁透镜的分辨率为。（13）已知(h1k1l1)和(h2k2l2)同属于[uvw]晶带轴，则u=，v=，w=；已知某晶面同属于[111]和[101]两个晶带轴，则此晶面指数为。（14）多晶体的衍射方法主要有；单晶体的衍射方法主要有。（15）入射电子与原子核外电子碰撞，将核外电子激发到空能级或使其逸出试样表面形成的电子（低于50eV）称为　　　　　　　　。它主要包含材料的　　　　　衬度信息，是　　　　　　电子显微镜的工作依据。（16）衍射仪的测量参数包括。（17）解决衍射仪几何聚焦的两种措施是。（18）立方晶系多晶体进行德拜衍射时，发现前四道衍射弧对为（111）（200）（220）（311），则此晶体结构为。（19）人眼的分辨率约为，光学显微镜的分辨率可达到，SEM的分辨率可达到，TEM的分辨率可达到。（20）通过本课程的学习可知，观察样品的显微组织及形貌可用的仪器有，分析晶体学结构可用的仪器有，分析其化学成分可用的仪器有。补充练习1、测定某混合物中Al的含量，以Al2O3作为内标物质。X射线分析表明，混合物中Al的K谱线强度为9200CPS/min，背底高度为1400CPS/min；在120克混合物中加入5克Al2O3后，相应的K谱线强度为24800CPS/min，背底强度为2000CPS/min。试求混合物中Al的含量。2、用TEM分析金薄膜得到一系列同心圆，其直径分别为12.56、14.54、20.58、24.10、25.14mm。已知金的点阵常数a=0.4087nm。问该电镜的有效相机常数等于多少？3、在制备透射电镜的块体薄膜样品时，对不同材料如何减薄？4、试讨论NaCl的(220)、(111)、(331)、(110)、(112)晶面对衍射束强度的影响。5、请区别电磁透镜的景深与焦长。6、比较X射线衍射和电子衍射在物相结构分析上的异同点。7、能量为100KeV的电子束通过多晶薄铝片形成电子衍射，已知铝的点阵常数a=0.405nm，问最低角衍射束的衍射角2θ等于多少度？（提示：最低衍射束为（111）的反射，其中常数me=9.11×10-31kg，e=1.6×10-19C，h=6.626×10-34J.s）8、如图为德拜（Debye）相机进行晶体分析时底片的不对称装片法，以两孔为分界线用箭头标明2θ增大方向。作业未交的同学——统一于6月16日下午交到科学楼418祝大家考试顺利