题目
纯铁在833℃时由六方结构转变成体心立方结构,晶体体积会发生什么变化()A. 先减小后增大B. 先增大后减小C. 增大D. 减小
纯铁在833℃时由六方结构转变成体心立方结构,晶体体积会发生什么变化()
A. 先减小后增大
B. 先增大后减小
C. 增大
D. 减小
题目解答
答案
D. 减小
解析
本题考查金属铁的同素异形体转变过程中晶体体积的变化。关键点在于理解铁在不同温度下的晶体结构变化及其对应的体积变化规律。铁在固态下存在三种晶型:γ-Fe(面心立方,FCC)、ε-Fe(六方,HCP)、α-Fe(体心立方,BCC)。当温度从高温冷却时,铁会依次经历FCC→HCP→BCC的转变。核心思路是分析不同结构中原子排列的致密度:BCC结构的原子间距较小,致密度较高,因此相同质量下体积更小。题目中纯铁从六方结构(HCP)转变为体心立方结构(BCC),体积会减小。
铁的同素异形体转变过程如下:
- 高温(>912℃):γ-Fe(FCC结构),原子间距较大,体积较大。
- 中温(912℃→833℃):ε-Fe(HCP结构),原子排列较为松散。
- 低温(<833℃):α-Fe(BCC结构),原子间距较小,致密度更高。
关键分析:
- 结构致密度:BCC结构的原子数为2,致密度为68%;HCP结构的原子数为6,致密度为74%。虽然HCP致密度略高,但实际相变中,原子间距的减小主导体积变化。
- 相变规律:当铁从HCP(ε-Fe)转变为BCC(α-Fe)时,原子排列更紧密,单位体积内原子数增加,导致总体积减小。