ĐỀ THI MÔN CƠ SỞ VẬT LIỆU ĂN MÒN

CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ ĂN MÒN BÀI TẬP CHƯƠNG II – SỰ MẤT TRẬT TỰ TRONG VẬT LIỆU Tổng hợp bởi Lê Minh Trung – HC17KSTN Cho các hằng số sau 23 A N AN 6,022 10= =  nguyên tửmol R 8, 314= JmolK 0,082= atmLmolK 1,987= calmolK 195,196 10=  eVmolK 23k 1, 38 10−=  JK = 58,61 10− eVK = 243, 30 10− calK 19e 1,60 10 C−=  Các ký hiệu sử dụng trong bài S W Năng lượng tạo thành mất trật tự Schottky s n (hoặc NS) Nồng độ khuyết tật Schottky (trên 1 đơn vị thể tích) f W Năng lượng tạo thành mất trật tự.

CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ ĂN MÒN BÀI TẬP CHƯƠNG II – SỰ MẤT TRẬT TỰ TRONG VẬT LIỆU Tổng hợp bởi: Lê Minh Trung – HC17KSTN Cho số sau: N A = AN = 6,022  10 23 nguyên tử/mol R = 8,314 J/molK = 0,082 atmL/molK = 1,987 cal/molK = 5,196  1019 eV/molK k = 1,38  10−23 J/K = 8,61  10−5 eV/K = 3,30  10−24 cal/K e = 1,60  10−19 C Các ký hiệu sử dụng bài: WS : Năng lượng tạo thành trật tự Schottky n s (hoặc NS): Nồng độ khuyết tật Schottky (trên đơn vị thể tích) Wf : Năng lượng tạo thành trật tự Frenkel n f (hoặc Nf): Nồng độ khuyết tật Frenkel (trên đơn vị thể tích) N: Số cặp ion đơn vị thể tích d (hoặc  ) : Khối lượng riêng (khối lượng/thể tích) Các ký hiệu phương trình cân điện: V'M : Lỗ trống M VX• : Lỗ trống X M •• X : M nằm vị trí X X "M : X nằm vị trí M M •i : M nằm vị trí xen kẽ X 'i : X nằm vị trí xen kẽ M M X X : M (hoặc X) vị trí chúng Điện dương: 1+ = • Điện âm: ( − ) = 1' PHẦN I BÀI TẬP TIẾNG VIỆT Câu Trên sở cân điện, viết chế trật tự trường hợp sau: a) Mất trật tự kiểu Schottky MgO b) Mất trật tự kiểu Schottky Al2O3 c) Mất trật tự kiểu Frenken Li3N d) Một ion Ca2+ thay cho Sr2+ SrCl2 e) Một ion Na+ thay cho Sr2+ SrCl2 Câu Xác định chế tạo thành nút trống với chất sau: a) Thêm LiCl vào CaCl2 c) Thêm La2O3 vào HfO2 b) Thêm CaCl2 vào LiCl d) Thêm Al2O3 vào NiO Câu Trong mơi trường có tác nhân khử nhiệt độ cao, số ion Cu2+ Cupric oxide (CuO) bị khử ion Cu+ a Xác định khuyết tật có để cân điện tích Viết phương trình cân điện cho trường hợp b Cần ion Cu+ tạo thành để tạo thành khuyết tật ? c Viết công thức hợp chất sau khuyết tật Câu Tính tốn nồng độ khuyết tật theo kiểu Schottky mạng tinh thể MgO 1000oC Cho WS = eV, MgO = 3,58 g/cm3, M MgO = 40,31 Câu Tính phân mol khuyết tật theo kiểu Schottky mạng tinh thể NaCl 801oC Biết nhiệt độ này, WS = 2,31 eV Câu Xác định số khuyết tật n f theo kiểu Frenken cho: a) AgBr 500oC Cho Wf = 1,1 eV; d = 6,473 g/cm3; M AgBr = 187,78 g/mol b) ZnO 1000oC Cho Wf = 2,51 eV; d = 5,55 g/cm3; M ZnO = 81,41 g/mol Câu Xác định nồng độ nút trống hợp chất MX nguyên chất 300K 1500K Cho biết N = 1028 nút cation / m3 WS = 0,1eV; WS = 0,2eV 300K 1500K Trang Câu Xác định nồng độ khuyết tật theo kiểu Frenken 800oC cho hợp chất Li3N cho biết Wf = 0,8 eV Biết 298K có số ion Li+ vị trí xen kẽ 1% nồng độ Li+ tổng 3.1028 ion.m-3 Câu Tiến hành phân tích tạo thành khuyết tật Schottky mẫu oxide MO thu kết bên bảng dưới: ToC  (g/cm3) NS (m-3) 750 5,50 9,21  1019 1000 5,44 ? 1250 5,37 5,0  1022 Hãy xác định: a Nhiệt tạo thành khuyết tật (eV) b Nồng độ cân nút trống Schottky m3 1000oC c Xác định công thức MO Câu 10 Đồ thị bên biểu diễn phụ thuộc nồng độ phân mol khuyết tật Frenkel tinh thể AgCl theo nhiệt độ Hãy xác định enthalpy tạo thành khuyết tật Frenkel (eV/nguyên tử) tinh thể AgCl Trang Câu 11 CsCl có kiểu bcc: rCs+ = 0,172 nm; rCl− = 0,181nm Xác định nồng độ nút trống có phụ gia, biết sau thêm phụ gia có 10% Ca2+ thay cho Cs+ có 10% Na+ thay cho Cs+ nút mạng Câu 12 Người ta cho hỗn hợp 10% phần mol CdO phản ứng với 90% phần mole Bi2O3 để tạo thành chất điện giải rắn có trống oxy Xác định số nút trống cho mole Bi2O3 Câu 13 ZrO2 có cấu trúc kiểu mạng giống CaF2 Khối lượng riêng d = 6,348 g/cm3 Khối lượng phân tử 123,22 Khi phụ gia Y2O3 vào mạng ZrO2 theo tỷ lệ 11% phần mol Y2O3 89% phần mole ZrO2, để thành phần hợp chất có cơng thức YxZryOz a) Xác định hệ số x, y, z b) Xác định nồng độ lỗ cho cm3 Câu 14 Oxyt niken không tồn trật tự có cơng thức hóa học NiO Khi tồn trật tự có cơng thức hóa học Ni(1-x)O (oxyt thiếu kim loại), dNiO = 9,2 g/cm3 (không '' Xác định trật tự) Khi trật tự tỷ lệ Ni3+/Ni2+ = 0,4 xuất nút trống VNi nồng độ nút trống cho 1cm3 Cho MNiO = 74,7 g/mol Câu 15 Khi kết hợp 10 phần mole Li2O 90 phần mole NiO tạo thành dung dịch rắn khơng có trống Ni O Xác định nồng độ Ni3+ cho cm3 Biết khối lượng riêng NiO 9,2 g/cm3 Câu 16 Tỷ lệ Zn+/Zn2+ mạng ZnO ½ Xác định nồng độ Zn+ /cm3 trường hợp không xuất nút trống oxy Biết khối lượng riêng khối lượng phân tử ZnO 5,59 g/cm3 81,37 g/mol Câu 17 Xác định khối lượng riêng dung dịch rắn CaF2 chứa phụ gia YF3 theo thành phần pha trộn trường hợp: a Xuất nút trống cation b Xuất ion F − nằm vị trí xen kẽ o Biết số mạng CaF2 5,46 A , khối lượng phân tử Ca, Y F 40,08; 88,91 19 g/mol Trang PHẦN II – BÀI TẬP TIẾNG ANH Question FCC Gold has 5,82  108 vacancies cm3 at equilibrium at 300 K What fraction of the atomic sites is vacant at 600 K ? Given that the gold lattice parameter is 0,40786 nm Question Calculate the number of vacancies per cm3 expected in copper at 1080°C (just below the melting temperature) The energy for vacancy formation is 20,000 cal/mol and the copper lattice parameter is 361,51 pm Question The fraction of lattice points occupied by vacancies in solid aluminum at 660°C is 10-3 What is the energy required to create vacancies in aluminum? Question The density of a sample of FCC palladium is 11.98 g/cm3, its lattice parameter is 3.8902 Å and molecular weight is 106,4 g/mol Calculate (a) the fraction of the lattice points that contain vacancies (b) the total number of vacancies in a cubic centimeter of Pd Question The density of a sample of HCP beryllium is 1.844 g/cm3, and the lattice parameters are a = 0.22858 nm and c = 0.35842 nm The molecular weight of beryllium is 9,04 g/mol Calculate (a) the fraction of the lattice points that contain vacancies (b) the total number of vacancies in a cubic centimeter Question BCC lithium has a lattice parameter of 3.5089  10−8 cm and contains one vacancy per 200 unit cells The molecular weight of lithium is 6,94 g/mol Calculate (a) the number of vacancies per cubic centimeter (b) the density of Li Question FCC lead has a lattice parameter of 0.4949 nm and contains one vacancy per 500 Pb atoms, given that the molecular weight of lead is 207,19 g/mol Calculate (a) the density (b) the number of vacancies per gram of Pb Trang Question Cu and Ni form a substitutional solid solution This means that the crystal structure of a Cu-Ni alloy consists of Ni atoms substituting for Cu atoms in the regular atomic positions of the FCC structure For a Cu-30% wt.% Ni alloy, what fraction of the atomic sites does Ni occupy? Given that the molecular weights of Cu and Ni are 63,54 and 58,71 g/mol, respectively Question A niobium alloy is produced by introducing tungsten substitutional atoms into the BCC structure; eventually an alloy is produced that has a lattice parameter of 0.32554 nm and a density of 11.95 g/cm3 Calculate the fraction of the atoms in the alloy that are tungsten Given that the molecular weights of niobium and tungsten are 92,91 and 183,85 g/mol, respectively Question 10 Tin atoms are introduced into an FCC copper crystal, producing an alloy with a lattice parameter of 3,7589  10 −8 cm and a density of 8.772 g/cm3 Calculate the atomic percentage of tin present in the alloy Given that the molecular weights of tin and copper are 118,69 and 63,54 g/mol, respectively Question 11 We replace 7.5 atomic percent of the chromium atoms in its BCC crystal with tantalum X-ray diffraction shows that the lattice parameter is 0.29158 nm Calculate the density of the alloy Given that the molecular weights of chromium and tantalum are 51,996 and 180,95 g/mol, respectively Question 12 Suppose we introduce one carbon atom for every 100 iron atoms in an interstitial position in BCC iron, giving a lattice parameter of 0.2867 nm The iron and carbon radius are 124,1 and 77 pm, respectively For this steel, find the density and the packing factor Given that the molecular weights of iron and carbon are 55,85 and 12,00 g/mol, respectively Question 13 The density of BCC iron is 7,882 g/cm3 and the lattice parameter is 0,2866 nm when hydrogen atoms are introduced at interstitial positions Calculate (a) The atomic fraction of hydrogen atoms Trang (b) The number of unit cells on average that contain one hydrogen atom Given that the molecular weights of iron and hydrogen are 55,85 and 1,01 g/mol, respectively Question 14 Suppose one Schottky defect is present in every tenth unit cell of MgO MgO has the sodium chloride crystal structure and a lattice parameter of 0.396 nm Given that the molecular weights of Mg and O are 24,312 and 16,00 g/mol, respectively Calculate (a) the number of anion vacancies per cm3 (b) the density of the ceramic Question 15 ZnS has the zinc blende structure (sphalerite structure) If the density is 3.02 g/cm3 and the lattice parameter is 0.59583 nm, determine the number of Schottky defects (a) per unit cell; (b) per cubic centimeter Given that the molecular weights of Zn and S are 65,38 and 32,06 g/mol, respectively Question 16 Suppose we introduce the following point defects (a) Mg2+ ions substitute for yttrium ions in Y2O3; (b) Fe3+ ions substitute for magnesium ions in MgO; (c) Li1+ ions substitute for magnesium ions in MgO; (d) Fe2+ ions replace sodium ions in NaCl What other changes in each structure might be necessary to maintain a charge balance according to interstitial model?  Trang PHẦN III ĐÁP ÁN THAM KHẢO N Đáp án thực dựa giá trị số nêu trang Phần I " a MgO → VMg + VO•• ''' + 3VO•• b Al O → 2VAl c Li N → Li•i + VLi' + N N + 2Li Li d CaCl → Ca Sr + 2Cl Cl e NaCl → Na'Sr + VCl• + Cl Cl a LiCl → Li'Ca + VCl• + Cl Cl b CaCl → Ca •Li + VLi' + 2Cl Cl c La O → 2La'Hf + VO•• + 3OO '' + VNi + 3O O d Al O → 2Al •• Ni ' +  + VO•• + 2OO a (1) 2CuO → Cu Cu 2+  ' ( +  + Cu i2 + (2) 4CuO → Cu Cu 2+  ) •• + 4OO b 2Cu + / defects c (1) CuO1− x where x is the number of oxygen vacancies per one initial Cu2+ ion (2) Cu1+ x O where x is the number of interstitial Cu2 + per one initial Cu2+ ion 6,94  1010 vacancies/cm3 3,8  10 −6 Trang a 7,6  1018 defects/cm3 b 4,36  1017 defects/cm3 300K: 1,44  1027 defects/m3, 1500K: 4,60  10 27 defects/cm3 2,33  10 31 defects/m3 a 3,4 eV; b 3,99  10 21 defects/m3; c MW  133,1 → Ba  N   −Hf log 10 ( e )   −Hf  1000 10 log  i  =  + const   + const =    T 2R 2R  1000 T  N      → Slope  ( ) 3,1 − 6,1 −H f log10 ( e ) = → Hf  143,58 kJ/mol 2,3 − 1,5  8,314  1000 11 1,45  1027 vacancies/m3 12 3,34  10 22 vacancies/mole Bi O 13 a ( x, y,z ) = ( 0,198; 0,802; 1,901) ; b 3,07  1021 vacancies/cm3 14 9,27  10 21 vacancies/cm3 15 1,35  1022 Ni3+/cm3 16 1,65  1022 Zn+/cm3 17 • '' + VCa + 6FF   = 3,186 + 2,35x (g/cm3, < x < 0,33) a 2YF3 → 2YCa where x is the number of calcium vacancies per one initial Ca + ion • + Fi' + 2FF   = 3,186 + 2,77x (g/cm3, < x < 1) b YF3 → YCa where x is the number of interstitial flourine per one initial Ca + ion Phần II 5,86  1015 vacancies/cm3 4,97  1019 vacancies/cm3 0,55 eV/atom a 0,00204; b 1,39  1020 vacancies/cm3 a 0,00390; b 1,22  1023 vacancies/cm3 Trang a 1,16  1020 vacancies/cm3; b 0,532 g/cm3 a 11,3 g/cm3; b 5,81  1018 vacancies/gram Pb 0,716 0,343 10 0,120 11 8,262 g/cm3 12  = 7,888 g/cm3; MV = 68,1% 13 a 0,0194; b 51,46 unit cells/interstitial H 14 a 1,61  1021 vacancies/cm3; b 4,204 g/cm3 15 a 0,052 defects/unit cell; b 2,46  10 20 defects/cm3 16 + 3OO a 3MgO → Mg 'Y + Mg •• i b Fe O → 2Fe•Mg + 2O''i + OO c Li O → Li'Mg + Li•i + OO d FeCl → Fe•Na + Cl'i + Cl Cl  Trang 10 ... có cơng thức YxZryOz a) Xác định hệ số x, y, z b) Xác định nồng độ lỗ cho cm3 Câu 14 Oxyt niken khơng tồn trật tự có cơng thức hóa học NiO Khi tồn trật tự có cơng thức hóa học Ni(1-x)O (oxyt thi? ??u... in a cubic centimeter Question BCC lithium has a lattice parameter of 3.5089  10−8 cm and contains one vacancy per 200 unit cells The molecular weight of lithium is 6,94 g/mol Calculate (a) the...PHẦN I BÀI TẬP TIẾNG VIỆT Câu Trên sở cân điện, viết chế trật tự trường hợp sau: a) Mất trật tự kiểu Schottky MgO b) Mất trật tự kiểu