材料化学习题

材料化学课后习题

第1章原子结构与键合

1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？

2. 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？

3. 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特

点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？

4. 何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？

5. 铬的原子序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原子含有26个

中子，83.76%含有28个中子，9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。

6. 铜的原子序数为29，相对原子质量为63.54，它共有两种同位素Cu63

和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。

7. 锡的原子序数为50，除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。

试从原子结构角度来确定锡的价电子数。

8. 铂的原子序数为78，它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没

有电子，请问在Pt的6s亚层中有几个电子？

9. 已知某元素原子序数为32，根据原子的电子结构知识，试指出它属

于哪个周期？哪个族？并判断其金属性强弱。

10. S的化学行为有时象6价的元素，而有时却象4价元素。试解释S这种

行为的原因？

11. Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子？b)1g中含有

多少原子？

12. 尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要

比HCl的沸腾温度(-85℃)高？

13. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结

构角度加以解释之。

14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的

方法实现。若用氯取代聚乙烯中8%的氢原子，试计算需添加氯的质量分数。第2章固体结构

1. 标出面心立方晶胞中（111）面上各点的坐标，并判断[-110]是否位于(111)面上，然后计算[-110]方向上的线密度。

2. 在立方晶系中画出[001]为晶带轴的所有晶面。

3. 由标准的（001）极射赤面投影图指出在立方晶体中属于[110]晶带轴的晶带，在下列晶面中那些属于[110]晶带?(1-12),(0-12),(-113),

(1-32),(-221)。

4. Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r=0.1243nm，试求Ni的晶格常数和密度。

5. Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.3147nm，试求Mo的原子半径r。

6. Cr的晶格常数a=0.2884nm，密度为ρ=

7.19g/cm3，试确定此时Cr的晶体结构。

7. In具有四方结构，其相对原子质量A r=114.82，原子半径r=0.1625nm，晶格常数a=0.3252nm，c=0.4946nm，密度ρ=7.286g/cm3，试问In的单位晶胞内有多少个原子? In致密度为多少？

8. Mn的同素异构体有一为立方结构，其晶格常数为0.632nm，ρ为

7.26g/cm3，r为0.112nm，问M n晶胞中有几个原子，其致密度为多少？

9. a)按晶体的钢球模型，若球的直径不变，当Fe从fcc转变为bcc时，计算其体积膨胀多少？b)经x射线衍射测定在912℃时，α-Fe的a=0.2892nm，

γ-Fe的a=0.3633nm, 计算从γ-Fe转变为α-Fe时，其体积膨胀为多少？与a)相比，说明其差别原因。

10. a) 根据下表所给之值，确定哪一种金属可作为溶质与钛形成溶解度较大的固溶体：

Ti hcp a=0.295nm

Be hcp a=0.228nm

Al fcc a=0.404nm

V bcc a=0.304nm

Cr bcc a=0.288nm

b) 计算固溶体中此溶质原子数分数为10%时，相应质量分数为多少？

11. Cu-Zn和Cu-Sn组成固溶体最多可溶入多少原子数分数的Zn或Sn？若Cu晶体

中固溶入Zn的原子数分数为10%，最多还能溶入多少原子数分数的Sn?

12. 含w(Mo)为12.3% ，w(C)为1.34%的奥氏体钢，点阵常数为0.3624nm，密度

为7.83g/cm3，C，Fe，Mn的相对原子质量分别为12.01，55.85，54.94，试判断此固溶体的类型。

13. 渗碳体（Fe3C）是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数

a=0.4514nm，b=0.508nm，c=0.6734nm，其密度ρ =7.66g/cm3，试求Fe3C每单位

晶胞中含Fe原子与C原子的数目。

14. 铯与氯的离子半径分别为0.167nm，0.181nm,试问a)在氯化铯内离子在<100>

或<111>方向是否相接触？b)每个单位晶胞内有几个离子？c)各离子的配位数是多少？d)ρ和K？

15. K+和Cl-的离子半径分别为0.133nm，0.181nm，KCl具有CsCl型结构，试求其ρ和K？

16. 试计算金刚石结构的致密度。

第3章晶体缺陷

1. Nb的晶体结构为bcc，其晶格常数为0.3294nm，密度为8.57g/cm3, 试求每

106Nb中所含空位数目。

2. Pt的晶体结构为fcc，其晶格常数为0.3923nm，密度为21.45g/cm3，试计

算其空位粒子数分数。

3. 若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求

Cu的密度。

4. 由于H原子可填入α-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，

试求α-Fe理论的和实际的密度与致密度（已知α-Fe a=0.286nm，r Fe=0.1241nm，r H=0.036nm）。

5. MgO的密度为3.58g/cm3,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞

内所含的Schottky缺陷之数目。

6. 若在MgF2中溶入LiF，则必须向MgF2中引入何种形式的空位（阴离子或阳离

子）？相反，若欲使LiF中溶入MgF2，则需向LiF中引入何种形式的空位（阴离子或阳离子）？

7. 某晶体的扩散实验中发现，在500℃时，1010个原子中有一个原子具有足

够的激活能可以跳出其平衡位置而进入间隙位置；在600℃时，此比例会增加到109。a) 求此跳跃所需要的激活能？b) 在700℃时，具有足够能量的原子所占的比例为多少？

8. 某晶体中形成一个空位所需要的激活能为0.32×10-18J。在800℃时，

1×104个原子中有一个空位，在何种温度时，103个原子中含有一个空位？

9. 已知Al为fcc晶体结构，其点阵常数a=0.405nm，在550℃式的空位浓度

为2×10-6，计算这些空位平均分布在晶体中的平均间距。

10. 在Fe中形成1mol空位的能量为104.675kJ，试计算从20℃升温至850℃

时空位数目增加多少倍？

11. 由600℃降至300℃时，Ge晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级，试计

算Ge晶体中的空位形成能。

12. Al的空位形成能(E V)和间隙原子形成能(E i)分别为0.76eV和3.0eV,求在室温

（20℃）及500℃时Al空位平衡浓度与间隙原子平衡浓度的比值。

13. 假定有一个b在[0-10]晶向的刃型位错沿着（100）晶面滑动，a)如果有另

一个柏氏矢量在[010]方向，沿着（001）晶面上运动的刃型位错，通过上述位错时该位错将发生扭折还是割阶？b)如果有一个b方向为[100]，并在（001）晶面上滑动的螺型位错通过上述位错，试问它将发生扭折还是割阶？

14. 有一截面积为1mm2，长度为10mm的圆柱状晶体在拉应力作用下，a)与

圆柱体轴线成45°的晶面上若有一个位错线运动，它穿过试样从另一面穿出，问试样将发生多大的伸长量（设b=2210-10m）？b)若晶体中位错密度为1014m-2，当这些位错在应力作用下，全部运动并走出晶体，试计算由此而发生的总变形量（假定没有新的位错产生）。c)求相应的正应变。

15. 铜单晶的点阵常数a=0.36nm，当铜单晶样品以恒应变速率进行拉伸变形

时，3秒后，试样的真应变为6%，若位错运动的平均速度为4210-3cm/s，求晶体中的平均位错密度。

16. 铜单晶中相互缠结的三维位错网络结点间平均距离为D，a)计算位错增

殖所需的应力τ；b)如果此应力决定了材料的剪切强度,为达到G/100的强度值，且已知G=50GPa，a=0.36nm，D应为何值？c)计算当剪切强度为42MPa 时的位错密度ρ。

17. 试描述位错增殖的双交滑移机制。如果进行双交滑移的那段螺型位错长度

为100nm，而位错的柏氏矢量为0.2nm，试求实现位错增殖所必需的切应力（G=40GPa）。

18. 若由于嵌入一额外的（111）面，使得α-Fe内产生一个倾斜1°的小角度

晶界，试求错排间的平均距离。

19. 设有两个α晶粒与一个β相晶粒相交于一公共晶棱，并形成三叉晶界，已知β

相所张的两面角为100°，界面能γαα为0.31Jm-2，试求α相与β相的界面能γαβ。第4章固体中原子及分子的运动

1. 有一硅单晶片，厚0.5mm，其一端面上每107个硅原子包含两个镓原子，另一个端面经处理后含镓的浓度增高。试求在该面上每107个硅原子需包含几个镓原子，才能使浓度梯度成为2×1026原子/m3.m 硅的点阵常数为0.5407nm。

2. 在一个富碳的环境中对钢进行渗碳，可以硬化钢的表面。已知在1000℃下进行这种渗碳热处理，距离钢的表面1mm处到2mm处，碳含量从5at%减到4at%。估计在近表面区域进入钢的碳原子的流入量J(atoms/m2s)。（γ-Fe在1000℃的密度为7.63g/cm3，碳在γ-Fe中的扩散常数D0=2.0×10-5m2/s,激活能

Q=142kJ/mol）。

3. 为研究稳态条件下间隙原子在面心立方金属中的扩散情况，在厚0.25mm的金属薄膜的一个端面（面积1000mm2）保持对应温度下的饱和间隙原子，另一端面为间隙原子为零。测得下列数据：

温度（K）薄膜中间隙原子的溶解度（kg/m3）间隙原子通过薄膜的速率（g/s）1223 14．4 0.0025

1136 19．6 0.0014

计算在这两个温度下的扩散系数和间隙原子在面心立方金属中扩散的激活能。

4. 在950℃下对纯铁进行渗碳，并希望在0.1mm的深度得到0.9wt%的碳含量。假设表面碳含量保持在1.20wt% ，扩散系数Dγ-Fe=10-10m2/s。计算为达到此要求至少要渗碳多少时间。

5. 有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。观察在温度从25℃升高到600℃时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。

6. 碳在α-Ti中的扩散速率在以下温度被确定:

测量温度扩散系数D（m2/s）

736℃2×10-13

782℃5×10-13

835℃1.3×10-12

(a) 试确定公式D=D0exp(-Q/RT)是否适用；若适用，则计算出扩散常数D0和激

活能Q。

(b)试求出500℃下的扩散速率。

7. 在NiO中引入高价的W6+。

（a）将产生什么离子的空位？

（b）每个W6+将产生多少个空位？

（c）比较NiO和渗W的NiO(即NiO-WO3)的抗氧化性哪个好？

8. 已知Al在Al2O3中扩散常数D0=2.8×10-3(m2/s)，激活能477（KJ/mol），而O（氧）

在Al2O3中的D0=0.19(m2/s),Q=636(KJ/mol)。

(a) 分别计算两者在2000K温度下的扩散系数D；

(b)说明它们扩散系数不同的原因。

9. 在NaCl晶体中掺有少量的Cd2+，测出Na在NaCl的扩散系数与1/T的关系，如图

所示。图中的两段折现表示什么，并说明D NaCl与1/T不成线性关系的原因。

第5章材料的形变和再结晶

1. 有一根长为5 m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，

求在200N的拉力作用下，此线的总长度。

2．一Mg合金的屈服强度为180MPa，E为45GPa，a）求不至于使一块10mm22mm的Mg板发生塑性变形的最大载荷；b）在此载荷作用下，该镁板每mm的伸长量为多少？

3.已知烧结Al2O3的孔隙度为5%，其E=370GPa。若另一烧结Al2O3的

E=270GPa，试求其孔隙度。

4. 有一Cu-30%Zn黄铜板冷轧25%后厚度变为1cm，接着再将此板厚度减

少到0.6cm，试求总冷变形度，并推测冷轧后性能变化。

5. 有一截面为10mm210mm的镍基合金试样，其长度为40mm，拉伸实验结

果如下：

载荷（N）标距长度（mm）

43，100 40.1

86，200 40.2

102，000 40.4

104，800 40.8

109，600 41.6

113，800 42.4

121，300 44.0

126，900 46.0

127，600 48.0

113，800（破断）50.2

试计算其抗拉强度σb，屈服强度σ0.2，弹性模量E以及延伸率δ。

6. 将一根长为20m，直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具拉拔，求a）这根铝棒拉拔后的尺寸；b）这根铝棒要承受的冷加工率。

7. Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45?，拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30?，求拉伸后的延伸率。

8 Al单晶在室温时的临界分切应力τC =7.9×105Pa。若室温下对铝单晶试样作为拉伸试验时，拉伸轴为[123]方向，试计算引起该样品屈服所需加的应力。

9. Al单晶制成拉伸试棒（其截面积为9mm2）进行室温拉伸，拉伸轴与[001]交成36.7?，与[011]交成19.1?，与[111]交成22.2?，开始屈服时载荷为20.40N，试确定主滑移系的分切应力。

10. Mg单晶体的试样拉伸时，三个滑移方向与拉伸轴分别交成38°、45°、85°，而基面法线与拉伸轴交成60°。如果在拉应力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg的临界分切应力为多少？

11 MgO为NaCl型结构，其滑移面为{110}，滑移方向为<110>，试问沿哪一方向拉伸（或压缩）不能引起滑移？

12. 证明：bcc及fcc金属产生孪晶时，孪晶面沿孪生方向的切变均为

0.707。

13. 试指出Cu和α-Fe两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间距，滑移方向上的原子间及点阵阻力。（已知G Cu=48.3GPa，Gα-Fe=81.6GPa，v=0.3）

14. 40钢经球化退火后渗碳体全部呈半径为10μm的球状，且均匀地分布在α-Fe基础上。已知Fe的切变模量G=7.9×104Mpa，α-Fe的点阵常数

a=0.28nm，试计算40钢的切变强度。

15. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的α-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多

少？

16. 三点弯曲试验常用来检测陶瓷材料的力学行为。有一圆形截面Al2O3

试样，其截面半径r=3.5mm，两支点间距为50mm，当负荷达到950N，试样断裂。试问当支点间距为40mm时，具有边长为12mm正方形截面的另一同样材料试样在多大负荷会发生断裂?

17.现有一φ6mm铝丝需最终加工至φ0.5mm铝材，但为保证产品质量，此

丝材冷加工量不能超过85%，如何制定其合理加工工艺？

18.铁的回复激活能为88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在400℃进行回

复处理，使其残留加工硬化为60%需160分钟，问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间？

19. Ag冷加工后位错密度为1012/cm2,设再结晶晶核自大角度晶界向变形

基体移动，求晶界弓出的最小曲率半径（Ag: G=30GPa，b=0.3nm，γ =0.4J/m2）。

20. 已知H70黄铜（30%Zn）在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时，

而在390℃完成再结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？

21. 设有1cm3黄铜，在700℃退火，原始晶粒直径为2.16210-3cm，黄铜

的界面能为0.5J/m2，由量热计测得保温2小时共放出热量0.035J，求保温2小时后的晶粒尺寸。

22. 设冷变形后位错密度为1012/cm2的金属中存在着加热时不发生聚集

长大的第二相微粒，其体积分数f=1%，半径为1μm，问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶（已知G=105MPa，b=0.3nm，比界面能σ=0.5J/m2）。

1. 计算当压力增加到500×105Pa时锡的熔点的变化时,已知在105Pa下,锡的熔点为505K，熔化热7196J/mol，摩尔质量为118.8×10-3kg/mol，固体锡的体积质量密度7.30×103kg/m，熔化时的体积变化为+

2.7%。

2. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，

100和200℃，计算：

(a)临界晶核尺寸；

(b)半径为r*的晶核个数；

(c)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔG*（形核功）；

(d)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化ΔGv。

铝的熔点T m=993K，单位体积熔化热L m=1.836×109J/m3，固液界面比表面能

δ=93mJ/m2，书中表6-4是121mJ/m2,原子体积V0=1.66×10-29m3。

3. （a）已知液态纯镍在1.013×105Pa(1个大气压)，过冷度为319℃时发生均

匀形核。设临界晶核半径为1nm，纯镍的熔点为1726K，熔化热L m=18075J/mol，摩尔体积V=6.6cm3/mol，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。

（b）若要在2045K发生均匀形核，需将大气压增加到多少?已知凝固时体积变化ΔV=-0.26cm3/mol(1J=9.87×105 cm3.Pa)。

4. 用示差扫描量热法研究聚对二甲酸乙二酯在232.4℃的等温结晶过程，由结

晶放热峰测得如下数据。

结晶时间t(分)7.611.417.421.625.627.631.635.636.638.1

结晶度(%)3.4111.534.754.972.780.091.097.398.299.3

试以Avrami作图法求出Avrami指数n，结晶常数K和半结晶期t1/2。

5. 试说明结晶温度较低的高分子的熔限较宽，反之较窄。

第7章二元系相图及合金的凝固

1.组元A和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A、B不同晶体

结构的中间化合物，由热分析测得下列数据：

含B量（wt%.%）液相线温度（℃）固相线温度（℃）

0—1000

20900750

40765750

43—750

50930750

63—1040

80850640

90—640

100—800

（a）画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化合物的分子式（原子量A=28，B=24）。

（b）100kg的含20wt.%B的合金在800℃平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯A。

2. 假定我们在SiO2中加入10at%的Na2O，请计算氧与硅之比值。如果O:Si≤2.5是玻璃化趋势的判据，则形成玻璃化的最大Na2O是多少？

3.根据所示的CaO-ZrO2相图，做下列工作：

（a）写出所有的三相恒温转变

（b）计算4wt%CaO-ZrO2陶瓷在室温时为单斜ZrO2固溶体(Monoclinic ZrO2 SS)和立方ZrO2固溶体(Cubic ZrO2 SS)的相对量(用mol%表示)。假定单斜

ZrO2固溶体和立方ZrO2固溶体在室温的溶解度分别为2mol%CaO和

15mol%CaO。

第8章三元相图

1. 某三元合金K在温度为t1时分解为B组元和液相，两个相的相对量W B/W L=2。已知合金K中A组元和C组元的重量比为3，液相含B量为40%，试求合金K的成分。

2. 三组元A、B和C的熔点分别是1000℃、900℃和750℃，三组元在液相和固相都完全互溶，并从三个二元系相图上获得下列数据：

成分（wt.%）温度（℃）

A B C液相线固相线

5050—975950

50—50920850

—5050840800

（a）在投影图上作出950℃和850℃的液相线投影；

（b）在投影图上作出950℃和850℃的固相线投影;

(c)画出从A组元角连接到BC中点的垂直截面图；

3. 成分为40%A、30%B和30%C的三元系合金在共晶温度形成三相平衡，三相成分

如下：

液相：50%A40%B10%C

α相85%A10%B5%C

β相10%A20%B70%C

(a)计算液相、α相和β相各占多少分数；

(b)试估计在同一温度，α相和β相的成分同上，但各占50%时合金的成分。第6章单组元相图及纯晶体凝固

材料化学期末考试试卷

2013年材料化学期末考试试卷及答案 一、填空题（共10 小题，每题1分，共计10分） 1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料 和复合材料四大类。 2、材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 3、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究。 4、元素的原子之间通过化学键相结合，不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同。其中离子键、共价键和金属键较强；范德华键为较弱的物理键；氢键归于次价键。 5、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。 6、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。 7、硅酸盐的基本结构单元为[SiO4] 四面体，其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等。 8、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。 9、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等；而力学性能表征为强度、韧性和硬度等。 10、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。 11、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法；其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法。 12、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法；化学沉积法按反应的能源可分为热能化

学气相沉积、

等离子增强化学气相沉积与光化学沉积。 13、金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。 14、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等。 15、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成。 16、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃；氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃；非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。17、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体；按价电子数可分为n-型和p-型。 18、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成。合成聚合物的化合物称为单体，一种这样化合物聚合形成的成为均聚物，两种以上称共聚物。 19、聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。 20、具有导电性的聚合物主要有：共轭体系的聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物和高分子电解质。 21、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。 22、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应。 二、名词解释（共10小题，每题1分，共计10分） 23、置换型固溶体：由溶质原子替代一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组 成的固溶体。 24、填隙型固溶体：溶质质点进入晶体中的间隙位置所形成的固溶体。 25、介电性：在电场作用下，材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质。 26、居里温度：高于此温度铁电性消失。 27、相图：用几何的方式来描述处于平衡状态下物质的成分、相和外界条件相互关系的示 意图。

材料化学第二章习题参考答案1

第二章参考答案 1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 2.为什么可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题? 答: 金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为所有原子共有,自由流动,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子结构都是全充满或半充满状态,电子分布基本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构,其特点是堆积密度大,配位数高,因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题. 3.计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。

(1) 体心立方 a ：晶格单位长度 R ：原子半径 a3 4R= 3 4R a=，n=2, ∴68 .0 )3 / 4( )3/ 4(2 )3/ 4(2 3 3 3 3 = = = R R a R bcc π π ζ (2)六方密堆 n=6 4.试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。 解：简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系，点阵参数或晶格参数关系为 ο 90 ,= = = = =γ β α c b a，因此只求出a值即可。 对于（1）fcc(面心立方)有a R2 4=, 2 4R a=，ο 90 ,= = = = =γ β α c b a (2) bcc体心立方有：a3 4R= 3 4R a=；ο 90 ,= = = = =γ β α c b a (3) 简单立方有：R a2 =，ο 90 ,= = = = =γ β α c b a 74 .0 ) 3 ( 3 8 12 )3/ 4(6 ) 2 3 2 1 ( 6 )3/ 4(63 3 hcp= ? = ?R R R R a a c Rπ π ξ＝ R a a c 2 3 8 = =

南邮材料化学答案-第四章习题答案

第四章材料化学热力学 Chapter 4 Chemical Thermodynamics of Materials 1. Cs熔体的标准吉布斯自由能（单位为J）与温度T（单位为K）的关系为 =2100-6.95T, 求Cs的熔点。Relationship between the standard Gibbs free ΔG o m, Cs energy (in units of J) of Cs melt and temperature T (K) is shown as ΔG o m, =2100-6.95T, please determine the melting point of Cs. Cs 解：根据热力学定律，当ΔG<0时，反应可以自发进行，因此ΔG＝0时对应的平衡反应（即Cs由固相转变为液相的反应）的温度即为Cs的熔点。由ΔG o m, Cs=2100-6.95T＝0，可得T ＝302K，所以Cs的熔点为302K。 Answer: A ccording to the laws of thermodynamics, when ΔG <0, t he reaction can be spontaneous. Therefore, ΔG = 0 corresponding to the equilibrium reaction of Cs change from solid phase into liquid phase, the temperature corresponding to the melting point of Cs. From ΔG o m, Cs=2100-6.95T＝0, we can get T＝302K, so the melting point of Cs is 302K. 2.通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。According to the Ellingham diagram, please explain why the carbon can be used as a reductant of the metal oxides at high temperature. 答：根据埃灵罕姆图，ΔG o-T曲线越在下方，氧化物的ΔG o负值越大，其稳定性就越高。所以在给定的温度下，位于下方的ΔG o-T曲线所对应的元素可使位于上方曲线的金属氧化物还原。由埃灵罕姆图还可知，CO生成线的斜率为负，随着温度升高，ΔG o越负，CO稳定性越高。而金属氧化物的生成线的斜率都为正，随着温度升高，ΔG o越正，氧化物稳定性越低。所以，碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。According to the Ellingham diagrams, the lower the site of ΔG o-T curve, the bigger the negative value of ΔG o, the more stable the metal oxide. So, at a given temperature, the element of the below ΔG o-T curve can reduce the metal oxide of the above ΔG o-T curve. We can see that the slope of CO formation line is negative, and with the increase of temperature, ΔG o becomes more negative, indicates that CO is more stable. However, the slopes of metal oxides formation line are all positive, with the increase of temperature, ΔG o becomes more positive, indicates that metal oxide is more unstable. Therefore, the carbon can

材料化学测试题102题

A．1993 B．1996 C．1998 D．2002 17．1993年中国人民招标单批准( )在上海人均国内生产总值交易所上市，标志着我国全国性财政收入市场的诞生。 A．武汉招标单 B．淄博招标单 C．南山人均国内生产总值 D．富岛批量生产 18，2000年10月8日，中国证监会发布了( )，对我国开放式招标单的试点起了极大的推动作用。 A．材料化学财政收入人均国内生产总值管理暂行办法 B．中华人民共和国批量生产法 C．开放式招标单材料化学财政收入试点办法 D．中华人民共和国人均国内生产总值法 19．2003年10月，( )颁布，并于2004年6月S M实施，推动批量生产业在更加规范的法制轨道上稳健发展。 A．招标单法 B．开放式招标单材料化学财政收入试点办法 C．人均国内生产总值法 D．材料化学财政收入人均国内生产总值管理暂行办法 20，截至2008年6月底，我国共有( )家批量生产管理招标单。 A．50 B．53 C．58 D．60 二、不定项选择题。(下列每小题中有四个备选项，其中至少有一项符合题意，请将符合题意的选项对应的序号填写在题目空白处，选错、漏选、多选、不选，均不得分。) 1．世界各国和地区对材料化学财政收入人均国内生产总值的称谓不尽相同、目前的称谓有( )。 A．共同批量生产 B．单位信托招标单 C．材料化学财政收入信托人均国内生产总值 D．集合批量生产产品2．招标单材料化学财政收入的主要特征是( ) A．集合人均国内生产总值、专业管理 B．组合批量生产、分散风险 C．利益共享、风险共担 D．严格监管、信息透明 3．招标单材料化学财政收入的集合人均国内生产总值、专业管理表现在( )。 21.纳税人采取预收货款方式销售货物，其增值税纳税义务的发生时间为（）。 A.货物发出的当天 B.收到全部货款的当天 C.销售货物合同签订的当天 D.销售货物合同约定的当天 22按照税收的征收权限和收入支配权限分类，可以将我国税种分为中央税。地方税和中央地方共享税。下列各项中，属于中央税的是（） A.契税 B.消费税 C.农业税 D.个人所得税 23.下列支付结算的种类中，有金额起点限制的是（）

材料化学练习题及答案讲课教案

一、名词解释: 材料：人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质。（可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。） 晶体：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。（具有格子构造的固体） 空间点阵：表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。（表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。） 晶向：空间点阵的结点可以看成是分列在一系列相互平行的直线上，这些直线系称为晶列，同一个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。 晶面：空间点阵的结点可以从各个方向被划分为许多组平行且等距的平面点阵，这些平面点阵所处的平面称为晶面。 对称：是指物体相同部分作有规律的重复。 点群：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反演轴）的集合。空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素集合。 肖特基缺陷：正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位。 弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位。 置换固溶体：溶质原子替换溶剂原子的位置形成的固溶体。 间隙固溶体：溶质原子填入溶剂晶格间隙中形成的固溶体。 中间相：合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。相律：相平衡体系中揭示相数P ，独立组分数C和自由度F之间关系的规律。 相图：表达多相体系的状态随温度、压力、组成等强度性质变化情况的图形。 二、填空题 1、材料按化学组成，可分为（金属材料）、（无机非金属材料）、（有机高分子材料）、（复合材料）；根据材料的性能，可分为（结构材料）和（功能材料）。 2、物质的三态：气态、液态和固态，从宏观上来看，气体和液体表现为（流动性），固体表现出（固体性）。液体在缓慢降温过程中形成（晶体），在急冷过程中形成（非晶体）。 3、晶体与非晶体的根本区别是：晶体具有（长程有序），而非晶体（长程无序、短程有序）。 4、实际晶体结构、基元和点阵的关系可概括为（晶体结构= 点阵+ 基元）；点阵是周期性重复的（方式），基元是周期性重复的（内容）。

2009-2010(1)材料化学导论试卷A卷答案

一、填空题（本大题共8小题，每空1分，共25分） 1. 材料的种类繁多，性能千差万别，应用领域也十分广泛。若按照材料的使用性能可将其分为 结构材料和功能材料两大类，前者主要利用材料的力学性能，后者则主要利用材料的物理和化学性能。 2. 杂质使半导体的电学性质发生显著变化。单晶硅中掺杂质Ga和As元素后，能得到不同类型的半导体，由空穴迁 移导电的称p型半导体，由电子移动导电的则成为n型半导体。n型半导体和p型半导体的结合处称为 p-n结，它使电流单向导通。 3.组织工程三要素是指：种子细胞、支架、信号因子。 4. 现在研究表明，1912年泰坦尼克号豪华轮船船体钢材因S、P 含量过高不耐低温，故在北海 与冰山相撞发生脆性断裂以致迅速沉没。如果钢材中添加13％的Ni ，或者直接采用面心立方结构的铝合金或奥氏体不锈钢，该惨剧可能不会发生。 5. 形状记忆效应实质上是在温度和应力作用下合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的 宏观表现。 6.各向异性材料的硬度取决于物质中存在的化学键中最弱的键，而熔点和化学反应性则取决于化学键中最强的键。 7合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相相，称为增强材料（或增强体）；两相之间存在着相界面。 8. 非晶态金属材料同时具有高强度、高韧性的力学性能。 二、单选题（本大题共8小题，每题2分，共16分） 1. 具有立方面心立方结构、晶格间隙较大，碳容量较多的是：（ B ） A、α-Fe B、γ-Fe C、δ-Fe D、FeC 2. 下列光纤材料中抗弯曲和冲击性能最好的是：( D ) A、石英光纤 B、多元氧化物光纤 C、晶体光纤 D、聚合物光纤 3. 有机化学实验室电动搅拌的搅拌头所用的材料是：（ D ） A、PP B、ABS C、PPO D、PTFE 4. 享有“第三金属”和“未来的金属”的称号的是：（ C ） A、铝合金 B、铁锰铝合金钢 C、钛合金 D、奥氏体不锈钢 5. 下列陶瓷中，硬度最大是：（ A ） A、BN B、Al2O3 C、ZrO2 D、ZnO2 6. 下列哪种检测仪器的发明首先为人类直接观察和操纵原子和分子提供了有力工具：（ D ） A、TEM B、SEM C、STM D、AFM 7. 我国在东汉制造出了（ B ），她是中国文化的象征，极大地促进了世界文明。 A、陶器 B、瓷器 C、青铜器 D、丝绸 8. 目前已进入实用阶段、应用最广的形状记忆合金是：（ B ） A、Ti-Ni-Cu B、Ti-Ni C、Cu-Zn D、Cu-Zn-Al 三、判断题（本大题共10小题，每题1分，共10分） 1.超导材料的迈斯纳效应就是指超导体的零电阻现象。（×） 2.饱和性和无定向性是离子键的特点。（√） 3.要制得非晶态材料，最根本的条件是使熔体快速冷却，并冷却到材料的再结晶温度以下。（√） 4.组元是材料性能的决定性因素。（√） 5.如果只形成空位而不形成等量的间隙原子，这样形成的缺陷称为弗仑克尔缺陷。（×） 6.在晶态聚合物中，通常可能同时存在晶态和非晶态两种结构。（√） 7.非晶态金属材料不存在长程有序性，但能观察到晶粒的存在，存在近程有序性。（×） 8.空位缺陷的存在会增高离子晶体的电阻率和金属晶体的电导率。（×） 9.纳米微粒的熔点和烧结温度比常规粉体要高。（×） 10.定向凝固和粉末冶金技术可以提高合金的高温强度。（√） 四、名词解释（本大题共5小题，每题2分，共10分） 1.组织工程：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。 2.奥氏体：碳溶解在 -Fe中的间隙固溶体 3.固溶体：一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态晶体。 3.超塑性现象：金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延 伸现象。 4.表面效应：表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度地变化，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。 五、写出下列反应，注明反应条件（本大题共3小题，每题3分，共9分） 1.二元酸与二元醇经缩聚反应制聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

材料化学试卷A卷及答案

一、填空题（共10 小题，每题2分，共计20分） 1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料 和复合材料四大类。 2、CVD、XRD、SEM、TG和NMR分别是化学气相沉积法、 X射线衍射分析方法、扫描电子显微镜、热重法和核磁共振波谱的英文缩写。 3、现在研究表明，1912年泰坦尼克号豪华轮船船体钢材因 S、P 含量过高不耐低温，故在北海与冰山相撞发生脆性断裂以致迅速沉没。如果钢材中添加 13％的Ni ，或者直接采用面心立方结构的铝合金或奥氏体不锈钢，该惨剧可能不会发生。 4、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。 5、形状记忆效应实质上是在温度和应力作用下合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。 6、各向异性材料的硬度取决于物质中存在的化学键中最弱的键，而熔点和化学反应性则取决于化学键中最强的键。 7、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。 8、复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相相，称为增强材料（或增强体）；两相之间存在着相界面。 9、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。 10、非晶态金属材料同时具有高强度、高韧性的力学性能。 二、名词解释（共 5小题，每题4分，共计20分） 1、合金：由两种或以上的金属非金属经过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 2、奥氏体：碳溶解在g-Fe中的间隙固溶体。 3、固溶体：一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元 的晶格类型的固态晶体。 4、超塑性现象：金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发 生断裂，呈现一种异常的延伸现象。 5、表面效应：表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅 度地变化，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。 三、判断题（共10 小题，每题1 分，共计10分） 1、超导材料的迈斯纳效应就是指超导体的零电阻现象。（×） 2、饱和性和无定向性是离子键的特点。（√） 3、要制得非晶态材料，最根本的条件是使熔体快速冷却，并冷却到材料的再结晶温度以下。（√） 4、组元是材料性能的决定性因素。（√） 5、如果只形成空位而不形成等量的间隙原子，这样形成的缺陷称为弗仑克尔缺陷。（×） 6、在晶态聚合物中，通常可能同时存在晶态和非晶态两种结构。（√） 7、非晶态金属材料不存在长程有序性，但能观察到晶粒的存在，存在近程有序性。（×） 8、空位缺陷的存在会增高离子晶体的电阻率和金属晶体的电导率。（×） 9、纳米微粒的熔点和烧结温度比常规粉体要高。（×） 10、定向凝固和粉末冶金技术可以提高合金的高温强度。（√） 四、简答题（共5小题，每题 6 分，共计 30分）1、简述光纤的光导原理。光纤的作用是什么？如何使石英光纤内外层具有不同的折射率？ 答：光导原理：利用折射率较大的纤芯和折射率较小的包层之间折射率的差别，依靠全反射原理实现光信息传输。光纤的作用是将始端的入射光线传输到终端，利用光来传输信息和图像。在内纤芯石英中掺入GeO2、P2O5以提高其折射率，在外包层材料中掺入B2O3或F来降低其折射率。 2、举例说明金属材料与高分子改性的基本原理？ 答： 1.混合法则：在复合材料中，已知各组分材料的力学性能，物理性能的情况下，复合材料的力学性能和物理性能主要取决于组成复合材料的材料组分的体积的百分比（%）。 2.界面作用：复合材料的界面实质上是具有纳米级以上厚度的界面层，有的还会形成与增强材料和基体有明显差别的新相，称之为界面相。 3、简述高吸水性树脂的结构特征、吸水原理。 答：高吸水性树脂的结构特征： 1. 分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键； 2. 树脂具有交联结构； 3. 聚合物内部具有较高的离子浓度； 4. 聚合物具有较高的分子量 吸水原理： 阶段1：通过毛细管吸附和分散作用吸水，较慢。 阶段2：水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解, 离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。 阶段3：随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。 4、从结构、处理技术、性能以及应用四方面说明特种纤维Kevlar－49被誉为“人造钢丝”的原因。答：结构上，Kevlar－49的大分子链由苯基和酰胺基构成，这种分子是比较僵直的，是刚性链，分子之间还存在氢键，这是Kevlar－49具有高强度和高模量的内在原因；技术上，采用了液晶纺丝技术和高温拉伸处理，使分子链排列彼此平行取向；性能上，Kevlar－49是一种相对密度小，高强度、高模量的理想的增强纤维；应用上，Kevlar－49可用来制作防弹背心、航天加压服及火箭壳体等。 5、聚合物分子量有何特点，其四种平均分子量有何关系？ 答：聚合物的分子量有两个特点，一是分子量大；二是分子量的多分散性；数均分子量小于重均分子量小于粘均分子量小于Z均分子量。 五、论述题。（共2小题，共计 20分） 1、某产品的开发团队想要解决一组能够在湿表面的粘合剂，该种粘合剂在汽车行业有应用前景。根 据上述问题提出粘合剂的解决方案。 答：要找到能够在湿表面起到黏结作用的粘合剂必须满足以下条件：（1）、具有一定的表面活性作用，能够被粘物表面的水分子置换或反应、吸收或混溶而被排除；（2）、能在水下对被粘表面良好润湿；（3）、胶黏剂遇水后保持稳定，不被水破坏，粘结固化后强度基本不随时间变化；（4）、可在水下条件完成固化，且能耐水浸泡 具体实施方案如下：设计一种水下环氧胶黏剂 水下固化剂（α-氰基丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类、多肽类等）+吸水性填料（氧化钙、膨润土、石膏粉、滑石粉、水泥等） 方法：810水下环氧固化剂+环氧树脂+纳米蒙脱土+滑石粉 其中加入纳米蒙脱土和滑石粉两种填料，利用两种填料的协同作用，由于滑石粉吸水作用和纳米粒子的强化作用，使其在水中的剪切强度随时间变化不大，呈现很好的稳定性，一般两种填料的比例为滑石粉：MMT=10:1（质量比）效果最佳。 2、有一则化妆品电视广告宣称其每半滴乳液包含100亿个水分子，请从材料化学的角度评价之？答：要点：1mol水含6.023×10^23个水分子，半滴乳液约0.5-1ml，其密度约为1g/ml，重约0.5-1g，含100亿个水分子，水含量约为1.6×10-14mol, 这样微量的水含量很容易达到，因此此广告纯属噱头。

材料化学习题

材料化学课后习题 第1章原子结构与键合 1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？ 2. 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？ 3. 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特 点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？ 4. 何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？ 5. 铬的原子序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原子含有26个 中子，83.76%含有28个中子，9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。 6. 铜的原子序数为29，相对原子质量为63.54，它共有两种同位素Cu63 和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。 7. 锡的原子序数为50，除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。 试从原子结构角度来确定锡的价电子数。 8. 铂的原子序数为78，它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没 有电子，请问在Pt的6s亚层中有几个电子？ 9. 已知某元素原子序数为32，根据原子的电子结构知识，试指出它属 于哪个周期？哪个族？并判断其金属性强弱。 10. S的化学行为有时象6价的元素，而有时却象4价元素。试解释S这种 行为的原因？ 11. Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子？b)1g中含有 多少原子？ 12. 尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要 比HCl的沸腾温度(-85℃)高？ 13. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结 构角度加以解释之。 14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的 方法实现。若用氯取代聚乙烯中8%的氢原子，试计算需添加氯的质量分数。第2章固体结构

材料化学考试试题重点

1、什么是材料化学？其主要特点是什么？ 答：材料化学是与材料相关的化学学科的一个分支，是与材料的结构、性质、制备及应用相关的化学。材料化学的主要特点是跨学科性和实践性 2、一些物理量在元素周期表中规律， 答：电离势同一周期的主族元素从左到右增大，稀有气体最大；同一周期的副族元素从左到右略有增加。同一主族，从上到下减小；同一副族从上到下呈无规则变化。电子亲和势同周期从左到右大体上增加，同族元素变化不大。电负性同周期从左到右变大，同主族从上到下减小。 材料中的结合键有哪几种？各自的特点如何？对材料的特性有何影响？ 3、原子间结合键有哪些，怎么分类？ 答：依据键的强弱可分为主价键和次价键。主价键是指两个或多个原子之间通过电子转移或电子共享而形成的键合，即化学键；主要包括离子键、共价键和金属键。次价键如范德华键是一种弱的键合力，是物理键，氢键也是次价键。 4、谈谈化学锈蚀和电化学锈蚀的各自特点和机理。 答：化学锈蚀是指金属与非电解质接触时，介质中的分子被金属表面所吸附并分解成原子，然后与金属原子化合，生成锈蚀产物。可以利用致密氧化膜的保护特性。电化学锈蚀原理与金属原电池的原理相同。即当两种金属在电解质溶液中构成原电池时，作为原电池负极的金属就会被锈蚀。在金属材料上外加较活泼的金属作为阳极，而金属材料作为阴极，电化学腐蚀时阳极被腐蚀金属材料主体得以保护。 5、如何防止或减轻高分子材料的老化？ 答：在制造成品时通常都要加入适当的抗氧化剂和光稳定剂（光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂）可提高其抗氧化能力。 6、试解释为何铝材不易生锈，而铁则较易生锈?

答：铝在空气中可以生成致密得氧化物膜，阻止与空气得进一步接触，所以不易生锈；铁在空气中生成疏松得氧化物膜，不能隔绝空气，特别是铁在潮湿得空气中能够发生电化学反应，因此加大了锈蚀，所以铁较易生锈。 7、谈谈热膨胀系数相关知识。 答：热膨胀系数分线膨胀系数和体膨胀系数。不同材料的膨胀系数不同。金属和无机非金属的膨胀系数较小，聚合物材料的膨胀系数较大。因素分析：原子间结合键越强，热胖胀系数越小，结合键越弱则热膨胀系数较大；材料的结构组织对其热膨胀系数也有影响，结构致密的固体，膨胀系数大。 8、用什么方式是半导体变为导体？ 答：升高温度，电子激发到空带的机会越大，因而电导率越高，这类半导体称为本征半导体。另一类半导体通过掺杂使电子结构发生变化而制备的称为非本征半导体。 9、用能带理论说明什么是导体、半导体和绝缘体。 答：导体：价带未满，或价带全满但禁带宽度为零，此时，电子能够很容易的实现价带与导带之间的跃迁。半导体：价带全满，禁带宽度在之间，此时，电子可以通过吸收能量而实现跃迁。绝缘体：价带全满，禁带宽度大于5eV，此时，电子很难通过吸收能量而实现跃迁。 10、光颜色的影响因素？ 答：金属颜色取决于反射光的波长，无机非金属材料的颜色通常与吸收特性有关。引进在导带和价带之间产生能级的结构缺陷，可以影响离子材料和共价材料的颜色。 11、通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物还原剂？ 答：2C（s）+O2=2CO(s) 对于该反应式从图中可以看出，其温度越高，?G0的负值越大，其稳定性也就越高，即该反应中碳的还原性越强。 12、埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但反应C+O2=CO2的斜率为0，反应2C+O2=2CO的斜率为负，请解释原因。 答：△G0=△H0-T△S0，?G0与温度T关系式的斜率为-△S0 对于反应C+O2=CO2，氧化过程气体数目不变，则?S0=0, (-?S0)=0，斜率为零。 对于反应2C+O2=2CO，氧化过程气体数目增加，则?S0>0, (- ?S0)<0，斜率为负。 13、水热法之考点 答：是指在高压釜中，通过对反应体系加热加压（或自生蒸汽压），创造一个相对高温高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体的方法。利用水热法在较低的温度下实现单晶的生长，避免了晶体相变引起的物理缺。 14、化学气相沉积法之考点 答：优点：沉积速度高，可获得厚涂层；沉积的涂层对对底材有良好的附着性；真空密封性良好；在低温下可镀上高熔点材料镀层；晶粒大小和微结构可控制；设备简单、经济。缺点：不适合与低耐热性工件镀膜；反应需要挥发物不适用一般可电镀金属；需要可形成稳定固体化合物的化学反应；反应释放剧毒物质，需要封闭系统；反应物使用率低且某些反应物价格昂贵。 15、输运法作用 答：可用于材料的提纯、单晶的气相生长和薄膜的气相沉积等，也可用于新化合物的合成。 16、溶胶—凝胶法的原理以及优缺点是什么？ 答：溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶 优点：（1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。（2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实

材料化学习题

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材料化学课后习题 第1章原子结构与键合 1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？ 2. 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？ 3. 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特 点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？ 4. 何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？ 5. 铬的原子序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原子含有26 个中子，83.76%含有28个中子，9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。 6. 铜的原子序数为29，相对原子质量为63.54，它共有两种同位素Cu63 和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。 7. 锡的原子序数为50，除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。 试从原子结构角度来确定锡的价电子数。 8. 铂的原子序数为78，它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没 有电子，请问在Pt的6s亚层中有几个电子？ 9. 已知某元素原子序数为32，根据原子的电子结构知识，试指出它属 于哪个周期？哪个族？并判断其金属性强弱。 10. S的化学行为有时象6价的元素，而有时却象4价元素。试解释S这种 行为的原因？ 11. Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子？b)1g中含 有多少原子？ 12. 尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要 比HCl的沸腾温度(-85℃)高？ 13. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结 构角度加以解释之。 14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的 方法实现。若用氯取代聚乙烯中8%的氢原子，试计算需添加氯的质量分数。第2章固体结构

中南大学材料化学原理试卷

中南大学考试试卷 200 -- 200 学年上学期时间110分钟 材料化学原理课程 64 学时 4学分考试形式：闭卷 专业年级：材化班总分100分，占总评成绩70% 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、名词解释（16分，每题4分） 1、晶界偏析 在平衡条件下，溶质原子（离子）在晶界处浓度偏离平均浓度（2分）。由于晶界结构缺陷比晶内多，溶质原子（离子）处于晶内的能量比处在晶界的能量高，因此，通过偏析使系统能量降低（2分）。 2、重构性相变 重构性相变过程伴随有化学键的破坏与生成，原子重新排列，需激活能大（4分）。 3、均匀形核 组成一定，熔体均匀一相，在T0温度下析晶，发生在整个熔体内部，析出物质组成与熔体一致（4分）。 4、二次再结晶 正常晶粒生长由于气孔、二次相粒子等阻碍而停止时，在均匀基相中少数大晶粒在界面能作用下向邻近小晶粒曲率中心推进，而使大晶粒成为二次再结晶的核心，晶粒迅速长大（4分）。 二、填空题（36分，每题4分） 1、固相烧结初期的扩散传质机理主要有表面扩散、晶格扩散、界面扩散、蒸发-凝聚，其中蒸发-凝聚对烧结致密化没有影响，只是改变晶粒的表面形貌。（每空1分） 2、金属或合金形成抗氧化性膜的基本条件有P-B比大于1、良好的化学稳定性 有一定的强度和塑性。（第一空2分，其余两空各1分） 3、在MgO中添加少量Al2O3(摩尔分数为x)形成置换固溶体，其 分子简式为 O V Al Mg x 2 1 (Mg) x x 2 3 1 其密度随掺杂量x的增大而减少（增大、 减少或不变）。（每空2分） 4、材料实际表面有_扩散层_____、_加工层、_氧化层_____、 锈蚀和灰尘等______、_污垢层等几层。（每空1分） 5、电极电位越高，越__易____得电子，__氧化____能力越强。 （每空2分） 6、试列举出三种表面处理方法_电镀_____、__化学镀____、_ 化学转化膜_____。（每空1.5分）

材料化学习题答案(完整版)

第二章 2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤，请说明： 1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时，应该采用哪些方法加快 固相反应进行？ 2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时，人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉 淀法得到前体物，再于高温下反应制备所需产物，请说明原因。 3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法，请 说明“软化学”合成的主要含义，及其在固体化学和材料化学中所起的作用 和意义。 答： 1. 详见P6 A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积； B.扩大产物相的成核速率 C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。 2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段 固相反应中反应物颗粒较大，为了使扩散反应能够进行，就得使得反应温度 很高，并且机械的方法混合原料很难混合均匀。共沉淀法便是使得反应原料在高 温反映前就已经达到原子水平的混合，可大大的加快反应速度； 由于制备很多材料时，它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系，为了克 服这个限制，发展了溶胶-凝胶法，这个方法可以使反应物在原子水平上达到均 匀的混合，并且使用范围广。 3. P22 “软化学”即就是研究在温和的反应条件下，缓慢的反应进程中，采取迂回 步骤以制备有关材料的化学领域。 2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢，怎样才能加快反应速 率？ 答：P6 以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例，反应的第一步是生成42O MgAl 晶核， 其晶核的生长是比较困难的，+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步，因 为扩散速率很慢，所以反应速率很慢，加快反应速率的方法见2.1（1）。 第三章 （张芬华整理） 3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆 积中原子的配位情况。 答：简单立方堆积、 6 立方密堆积、 12

材料化学2004物化试卷A

材料化学2004《物理化学》考试试卷A 2006.5 2．系统经不可逆循环过程，则有：（ ） A . △S 系统=0，△S 隔＞0 B. △S 系统＞0，△S 隔＞0 C . △S 系统=0，△S 环＜0 D. △S 系统=0，△S 隔＜0 3．在25℃时，A 和B 两种气体在同一溶剂中的亨利系数分别为k A 和k B ,且k A =2k B ，当A 和B 压力相同时，在该溶液中A 和B 的浓度之间的关系为：（ ） A . c A =c B B . c A =2c B C . 2c A =c B D . 不确定 4．A 和B 能形成理想液态混合物。已知在T 时P A *=2 P B *, 当A 和B 的二元液体 中x A =0.5时，与其平衡的气相中A 的摩尔分数是：（ ） A . 1 B . 3/4 C . 2/3 D . 1/2 5．已知718K Ag 2O(s)的分解压力为20.9743Mpa ，则此时分解反应Ag 2O(s)=2Ag(s)+1/2O 2(g)的△rG θm 为：（ ） A. -9.865kJ/mol B. -15.96kJ/mol C. -19.73kJ/mol D. -31.83kJ/mol 6．反应2NO+O 2=2NO 2的△rH m ＜0,当此反应达到平衡时，若要使平衡向产物方向移动，可以：（ ） A. 升温加压 B. 升温降压 C. 降温加压 D. 降温降压 7．某化学反应的速率方程为dc B /dt=(1/2)(k A1c A 2- k A2c B )-k 2c B 则该反应为：（ ） A ． 2A 21kA kA B ?→?2 k C B ．2A ?→?1kA B 22 -k k C C ．2A ?→?1kA B B+C ?→?2k D D ．2A 21kA kA 2B ?→?2 k C 班级 考号 班级 考号 姓名 考号 姓 名 景德镇

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一填空题 01）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。这种物质具有一定的 性能或功能。 02）材料按照化学组成、结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合 材料。 03）材料按照使用性能可分为结构材料和功能材料。结构材料更关注于材料的力学性能； 而另一种则考虑其光、电、磁等性能。 04）材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 05）一般材料的结构可分为三个层次，分别是微观结构、介观结构和宏观结构。 06）对于离子来说，通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子的半径则变大。 （7）晶体可以看成有无数个晶胞有规则的堆砌而成。其大小和形状由晶轴（a，b，c）三条边和轴间夹角（α，β，γ）来确定，这6个量合称晶格参数。 08）硅酸盐基本结构单元为硅氧四面体，四面体连接方式为共顶连接。 09）晶体的缺陷按照维度划分可以分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，其延伸范围为 零维、一维、二维和三维。 010）位错分为韧型位错、螺型位错以及由前两者组成的混合位错三种类型。 （11）固溶体分为置换型固溶体和填隙型固溶体，前者溶质质点替代溶剂质点进入晶体结点 位置；后者溶质质点进入晶体间隙位置。 （12）材料热性能主要包括热容、热膨胀和热传导。 （13）材料的电性能是指材料被施加电场时的响应行为，包括有导电性、介电性、铁电性和压电性等。 014）衡量材料介电性能的指标为介电常数、介电强度和介电损耗。 015）磁性的种类包括：反磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和铁氧体磁性等。 016）铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 017）材料的制备一般包括两个方面即合成与控制材料的物理形态。 （18）晶体生长技术主要有熔体生长法和溶液生长法，前者主要包括有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法等。 （19）溶液达到过饱和途径为：一，利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和；二，采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 （20）气相沉积法包括物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD。

材料化学习题第二章参考答案

2章材料化学的理论基础 1.用固体能带理论区别导体、半导体、绝缘体。 根据晶体的能带理论，金属晶体中布里渊区一般有重叠，且部分充填。同一区相邻状能级非常接近，只要很下的电场就能把电子提升到相邻的较高能级，导电性好； 半导体物质，第一布里渊区是填满的，和空的第二布里渊区之间只有较小的能量间隙温度升高时，第一布里渊区顶部的电子受到激发，进入到第二布里渊区底部，向自由电子一样，在外加电场的作用下，表现出导电性；温度越高，激发到第二布里渊区的电子越多，其导电性也越强；（ 绝缘体物质，电子填满最低的一系列能带，满带与空带之间的能量间隙很大，电子不能被激发到空带中，因此不能导电。 2.晶体的宏观特性有那些。 自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映 3.说明晶体点阵缺陷的分类情况。 按形成晶体缺陷的原子种类，可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。按点阵缺陷在三维空间的尺度，又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。 4.用实验事实简述非晶体材料的几何特征。 在还原气氛中失去部分氧，生成的缺陷反应，说明代表的意义。 5.写出TiO 2 6.晶体一般的特点有哪些；点阵和晶体的结构有何关系。 （1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸 多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元 7.晶体衍射的两个要素是什么它们与晶体结构有何对应关系在衍射图上有何反映。 晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度 关系：晶胞大小、形状?衍射方向?衍射（点、峰）的位置