材料化学-习题解答

1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？

答：（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

2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中C—C化学键长为1.54?。试根据C原子的立体化学计算分子的链周期。

答：因为C原子间夹角约为109.5°

，所以链周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51?

3、由X射线法测得下列链型高分子的

周期如下，试将与前题比较思考并说明

其物理意义。化学式

链周期

聚乙烯醇 2.52

聚氯乙烯 5.1

聚偏二氯乙烯 4.7

答：由题中表格可知，聚乙烯醇的链周期为2.52 ?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH体积比H大，它的排斥作用使C原子间夹角变大，因而链周期加长，但链周期仍包含两个C原子；聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，是聚乙烯链周期的两倍多，这说明它的链周期中包含四个C原子，原因是原子的半径较大Cl原子为使原子间排斥最小，相互交错排列，其结构式如下：

聚偏二氯乙烯链周期为4.7 ?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，可知链周期仍包含4个C原子。周期缩短的原因是由于同一个C原子上有2个Cl原子，为使排斥能最

小它们将交叉排列，即每个Cl 原子在相邻2个Cl 原子的空隙处。这样分子链沿C-C 键的扭曲缩小了链周期。

5．试叙述划分正当点阵单位所依据的原则。平面点阵有哪几种类型与型式? 请论证其中只有矩形单位有带心不带心的两种型式，而其它三种类型只有不带心的型式?

答：划分正当点阵单位所依据的原则是：在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位作正当点阵单位。平面点阵可划分为四种类型，五种形式的正当平面格子：正方，六方，矩形，带心矩形，平行四边形。

（a ）若划分为六方格子中心带点，破坏六重轴的对称性，实际上该点阵的对称性属于矩形格子。（b ）（c ）分别划分为正方带心和平行四边形带心格子时，还可以划分成更小的格子。（d ）如果将矩形带心格子继续划分，将破坏直角的规则性，故矩形带心格子为正当格子。 6．什么叫晶胞，什么叫正当晶胞，区别是什么?

答：晶胞即为空间格子将晶体结构截成的一个个大小，形状相等，包含等同内容的基本单位。在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位作正当点阵单位，相应的晶胞叫正当晶胞。

7．试指出金刚石、NaCl 、CsCl 晶胞中原子的种类，数目及它们所属的点阵型式。 答：

8．四方晶系的金红石晶体结构中，晶胞参数为a=b=4.58 ?，c=2.98 ?，α=β=γ=90o,求算坐标为（0,0,0）处的Ti 原子到坐标为（0.31,0.31,0）处的氧原子间的距离。 解：根据晶胞中原子间距离公式d ＝[(x 1

-x 2

)2

*

a+(y 1

-y 2

)2

*

b+(z 1

-z 2

)2

*

c]1/2

，

得d ＝[(0.31-0)2 *

a +(0.31-0)2 *

a +(0-0)2 *

c]

1/2

＝0.31 *

2

1/2

*

4.58?

＝2.01?

第二章

1、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化镍晶体中就

存在这样的缺陷：一个Ni 2+空缺，另有两个Ni 2+被两个Ni 3+

所取代。其结果晶体仍然呈电中性，但化合物中Ni 和O 的原子个数比发生了变化。试计算样品组成为Ni 0.97

O

时该晶体中Ni 3+

与Ni 2+

的离子数之比。

解：设晶体中Ni 3+

的离子数为a ，Ni 2+

的离子数为b 。根据题意：

答：该晶体中Ni 3+与Ni 2+

的离子数之比为6：91。

2、已知氧化铁Fe x 0(富士体)为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，x ＜1。今有一批氧化铁，测得其密度为5.7g/cm 3

，用MoK α射线（λ=71.07pm ）测得其面心立方晶胞衍射指标为200的衍射角θ=9.56°（sin θ=0.1661,Fe 的相对原子质量为55.85）。

（a ）计算Fe x 0的面心立方晶胞参数。 （b ）求x 值。

（c ）计算Fe 2 +

和Fe 3+

各占总铁质量的质量分数。 （d ）写出表明铁的价态的化学式。

解：（a ）

（c ）设0.92mol 铁中Fe 2 +的摩尔数为y ，则Fe 3+

的摩尔数为（0.92-y ），根据正负离子电荷平衡原则可得：

即Fe2+和Fe3+的摩尔数分别为0.76和0.16，他们在总铁中的摩尔百分数分别为：

（d）富士体氧化铁的化学式为。

3、NiO晶体为NaCl型结构，将它在氧气中加热，部分Ni2+将氧化为Ni3+，成为Ni

O(x

x

O，测得其密度为6.47，用波长λ=154pm的X射线通过粉末法测＜1)。今有一批Ni

x

得立方晶胞111衍射指标的θ=18.71°（sinθ=0.3208）。（Ni的相对原子质量为58.70）1molg??

O的立方晶胞参数；

（a）计算Ni

x

（b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。

O晶体中，O2-堆积方式怎样？Ni在此堆积中占据哪种空隙？占有率（即占（c）在Ni

x

有分数）是多少？

O晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？

（d）在Ni

x

解：（a）Ni

O的立方晶胞参数为：

x

（b）因为Ni

O晶体为NaCl型结构，可得摩尔质量M：

x

O的摩尔质量又可以表示为：

而Ni

x

由此解得：x=0.92。

设0.92mol镍中有y mol Ni2+，则有（0.92-y）mol Ni3+。根据正负离子电荷平衡原则，

有：

2y+3(0.92-y)=2

y=0.76

0.92-0.76=0.16

所以该氧化镍晶体的化学式为：

(c) 晶体既为NaCl型结构，则O2-2-的堆积方式与NaCl中的Cl-的堆积方式相同，即为立方最密堆积。镍离子占据由O2-围成的八面体空隙。而镍离子的占有

率有92%。

（d）镍离子分布在立方晶胞的体心和棱心上，Ni-Ni间最短距离即体心上和任一棱心上2个镍离子间的距离，它等于：

Ni-Ni间最短距离也等于处在交于同一顶点的2条棱中心上的2个镍离子间的距离，：

第三章

1、指出金属中键型和结构的主要特征。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：（1）金属中键型是金属键，由于金属元素的电负性一般都比较小，电离能也较小，最外层家电子很容易脱离原子的束缚而在金属晶粒中由各个正离子形成的势场中比较自由的运动，形成自由电子。金属晶体中各金属原子的价电子公有化于整个金属大分子，所有成键点子可在整个聚集体中流动，而共同组成了离域的N中心键。在金属晶体中没有定域的双原子键，也不是几个原子间的离域键，而是所有原子都参加了成键，这些离域电子在三维空间中运动，离域范围很大。

（2）因为整个金属单质晶体可以看作是同种元素的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，他们的电子分布基本上是球形对称的；而同种元素的原子半径都相等，因此可以把他们看成是一个个等径圆球。又因为金属键无饱和性和方向性，金属原子在组成晶体时，总是趋向于形成密堆积的结构，其特点是堆积密度大，相互的配位数高，能够充分利用空间，整个体系能量最低。所以可以用等圆球密堆积的模型来描述金属结构。

2、指出A

1型和A

3

型密堆积结构的点阵形式与晶胞中球的数目，并写出球的分数坐标。

答：A

1

型为立方F，晶胞中球的数目为4。球的分数坐标

A

3

型为六方P格子，晶胞中的球的数目为2。求的分数坐标为

3、试比较A1和A3型结构的异同，指出A1和A3型结构中密置层相应的晶面指标。

答：A1型结构重复周期为三层，可画出面心立方晶胞，为立方最密堆积。重复方式为ABCABC……。

A3性结构重复周期为二层，可画出六方晶胞，为六方最密堆积。重复方式为ABAB……

A1、A3型堆积中原子的配位数皆为12，中心原子与所有配位原子都接触，同层6个，上下两

层各3个。所不同的是，A1型堆积中，上下两层配位原子沿C

3轴的投影相差60度呈C

6

轴的对

称性，而A3堆积中，上下两层配位原子沿c轴的投影互相重合。

在这两种最紧密堆积中，球间的空隙数目和大小也相同。

附表：

金属的结构型式A1 A2 A3 原子的堆积系数74.05% 68.02% 74.05% 所属晶系立方立方六方晶胞形式面心立方体心立方六方

晶胞中原子的坐标参

数0，0，0；0,

1

2

,

1

2

；

1

2

,

1

2

,0;

1

2

,0,

1

2

0，0，0；

1

2

,

1

2

,

1

2

0，0，0；

2

3

,

1

3

,

1

2

晶胞参数与原子半径

的关系

R

a=b=2R

c=

3

点阵形式面心立方体心立方简单六方

5、用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体？

参考：金属离子按点阵结构有规则的排列着，每一离子带有一定的正电荷。电子在其间运动时与正离子之间有吸引势能，而且电子所处的位置不同，与正离子之间的距离不同，势能的大小就不同。因此，电子实际是在一维周期性变化的电场中运动。电子除直线运动外，在正电荷附近还要做轻微的振动。当电子的de Broglie波在晶格中进行时，如果满足Bragg条件n λ=2dsinθ时，要受到晶面的反射，因而不能同过晶体，使原有能级一分为二，这种能级突然上升和下降时能带发生断裂。已充有电子，能带完全被电子所充满叫满带。带中无电子，叫空带。能带中有电子单位充满叫导带。各能带的间隙是电子不能存在的区域，叫禁带。在导体中，具有导带。在外电场作用下，导带中的电子改变了在该能带不同能级间的分布状况，产生了电子流。

绝缘体的特征是只有满带和空带，而且禁带很宽。满带与空带的能级差大于5eV，一般的激

发条件下，满带中的电子不能跃入空带，即不能形成导带。这就是绝缘体不能导电的原因。半导体的特征也是只有满带和空带，但满带与空带间的禁带距离很窄，一般小于3eV。在一般的激发条件下，满带中的电子较易跃入空带，使空带中有了电子，满带中有了空穴，都能参与导电。由于需克服禁带的能量间隙，电子跳跃不如导带那样容易，因而电阻率也比导体高得多。

9、单质Mn有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为632pm ，密度，原子半径r=112pm，计算Mn晶胞中有几个原子，其空间占有率为多少？

解：∵Mn为立方结构，

∴

∴

设晶胞中有n个原子，

∴

n=20

答：Mn晶胞中有20个原子，其空间占有率为46.6%。

11、固溶体与溶液有何异同？固溶体有几种类型？

参考：所谓金属固溶体，就是两种或多种金属或金属化合物相互溶解组成的均匀物相，其中组分的比例可以改变而不破坏均匀性。少数非金属单质如H、B、C、N等也可溶于某些金属，生成的固溶体仍然具有金属特性。

存在三种结构类型不同的固溶体：置换固溶体、间隙固溶体、缺位固溶体。

第四章

1、试用热化学求KCl晶体的点阵能，所需要的数据如下表所示。

物理量ΔH

生成ΔH

升华

I

KΔH

分解

Y

Cl

数值

/kJ·mol-1

-435 84 418 243 -368 解：根据Hess定律

2、已知KCl 晶体具有NaCl 型结构，晶胞棱长628pm 。试计算KCl 晶体的点阵能，并与上题所求的结果比较。

解：根据201

(1)4A AN Z Z e U R m

πε+-=-

将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入，得

701.3894101

(1)(/)U AZ Z kJ mol R m

-+-?=-

KCl 具有NaCl 晶型，即A=1.748，又Z +=Z —=1，1

(99)2

m =

+=9 1001

628314 3.14102

R pm pm m -=?==?

所以710

1.389410 1.748111

(1)(/)687.5/3.14109

U kJ mol kJ mol --????=?-=? 3、从理论计算公式计算NaCl 与MgOde 晶格能。MgO 的熔点为2800℃，NaCl 为801℃，请说明这种差别的原因。

解：NaCl 、MgO 同属于NaCl 型结构，根据201

(1)4A AN Z Z e U R m

πε+-=-

将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入

701.389410 1.7481

(1)(/)U Z Z kJ mol R m

-+-??=-

对于NaCl ，R 0=279pm=2.79×10-10

m Z +=Z -=1 m=（7+9）/2=8

所以710

1.389410 1.748111

(1)(/)761.7/2.79108

U kJ mol kJ mol --????=?-=? 对于MgO ，R 0=210pm=2.10×10-10

m Z +=Z -=2 m=（7+7）/2=7

所以

7

10

1.389410 1.748221

(1)(/)3965.2/

2.10107

U kJ mol kJ mol -

-

????

=?-=

?

参考：晶格能的大小，可以表示离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体的

熔点也就越高。因为U

MgO ＞U

NaCl

,，所以mp

MgO

＞mp

NaCl

。

8、试就负离子堆积方式与正离子所占间隙的种类与分数比较NaCl型与ZnS型结构之异同，比较CsCl和CaF

2

型结构之异同。

答：

9、由离子半径计算CsBr和NaBr的半径比并推测晶体离子的配位数和晶体结构形式。

答：

10、BeO和MgO晶体的结构分别属于六方ZnS和NaCl型，试从离子半径比与配位数关系推测BeO和MgO的晶体结构形式，并与实际结果进行比较。

答：

11、叙述Goldschmidt结晶化学定律，并扼要阐明它的含意。

参考：晶体的结构形式取决于其组成者的数量关系、大小关系和极化性能，组成者系指原子、离子或原子团。

影响晶体结构形式包含以下几个因素：

（1）正负离子的相对大小（半径比R

+/R

-

）决定正离子配位数及配位多面体的型式。

（2）正负离子的相对数量（组成比n

+/n

-

）决定正负离子配位数之比及正离子所占空隙分数。

（3）离子的极化引起键形以及结构形式的变异

12、什么是金属原子半径、离子半径、共价半径、van de waals半径，他们有何不同？举例

说明。

金属原子半径：用X 射线衍射法可以测定金属单质的结构，从金属晶体的晶胞参数可以求出两个邻近金属原子间的距离，他的一半就是原子半径。金属原子半径随配位数不同稍有变化，配位数高，半径大。

离子半径：在离子晶体中，相邻的正负离子间存在着静电吸引力和离子外层电子云相互作用的排斥力，当这两种作用力达成平衡时，离子间保持一定的接触距离。若将离子近似的看作具有一定半径的弹性球，两个相互接触的球形离子的半径之和即等于核间的平衡距离，这就是一般所说的离子半径的意义。

Van de waals 半径：代表相邻分子中原子之间最小接触距离的平均值。

13、CF 4和PF 3具有相同的电子数（42个）和相对分子质量（88），但CF 4的熔沸点（-184℃，-128℃）均较PF 3（-151.5℃，-101.5℃）低，说明原因。

答：CF 4和PF 3都有色散力。PF 3是极性分子，除了具有色散力外还有静电力和诱导力；而CF 4是非极性分子，只有色散力。所以CF 4的熔沸点均较PF 3低。

14、将水分子看作球体，并假设堆积系数（空间占有率）为0.6，液态水中每个水分子的半径多大？

答：液态水中1个水分子占据体积为30.0×10-24

cm 3

（由摩尔体积/N A 得到）设液态水中每个水分子半径为r ，则

3

243

430.630.010r cm

π-=? 81.6310r cm -=?

15、试解释为什么绿宝石（Be 3Al 2[Si 6O 18]）和透辉石（CaMg[Si 2O 6]）中的n Si :n O 都为1：3，而前者为环状结构，后者为链状结构。

参考：绿宝石的硅酸盐骨架为分立型，结构中含有孤立的硅氧骨干[Si 6O 18]，由六个SiO 4基的环存在于绿宝石中。透辉石的硅酸盐骨架为链型，结构中每个[SiO 4]四面体公用2个顶点，连成一无限长链。

17、试画出环氧乙烷的分子模型，估计他们的最小直径，3A 型分子筛的孔径约为330pm ，估计一下能否用作环氧乙烷的干燥剂，如果改用5A 型分子筛呢？ 答：

用上列数据，按同（异）核键键长的计算方法，得有关键长数据如下：

这些计算值与实验测定值有的接近，有的差别较大，下图分子形状是按实测键参数和范式半径画出来的

由图可见，水分子和环氧乙烷分子的最小直径约为320pm和440pm。因此，水分子能够进入3A分子筛孔道而环氧乙烷不能。所以，3A分子筛对环氧乙烷有干燥作用。但由于水分子的最小直径与3A分子筛孔径相差较小，因此脱水效果不会太好。

5A分子筛的孔径和环氧乙烷分子最小直径非常接近，有可能也吸附环氧乙烷，因此不适用来干燥环氧乙烷。

第5章习题答案

3．何为晶态高聚物？高聚物可形成哪些形态的晶体？

答：晶态高聚物是由晶粒组成，晶粒内部具有三维远程有序结构，但呈周期性排列的质点不是原子整个分子或离子，而是结构单元。

由于结晶条件不同，结晶性高聚物可以形成形态不同的宏观或亚微观晶体，单晶，树枝晶，伸直链晶体，纤维状晶体，串晶等。组成这些晶体的晶片基本上有两类：折迭链晶片和伸直链晶片。

7．比较以下两种聚合物的柔顺性，并说明为什么。

解：聚氯丁二烯的柔顺性好于聚氯乙烯，所以前者用作橡胶而后者用作塑料。聚氯乙烯有极性的侧基Cl，有一定刚性。聚氯丁二烯虽然也的极性取代基Cl，但Cl的密度较小，极性较弱，另一方面主链上存在孤立双键，孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小，因为：①键角较大（120°而不是109.5°）；②双键上只有一个H或取代基，而不是两个。

8．指出高聚物结晶形态的主要类型，并简要叙述其形成条件。

答：单晶：只能从极稀的高聚物溶液中缓慢结晶得到。球晶：从浓溶液或熔融体冷却时得到。纤维状晶（串晶）：在应力下得到。伸直链晶体：极高压力下缓慢结晶得到。

第6章习题答案

1.纳米的基本涵义是什么?简述为什么纳米材料会表现出许多前所未有的新特性?

答：纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100~102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。

由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。即纳米材料显现出纳米效应，具体表现为三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

由于纳米效应，纳米材料光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生十分显著的变化。因此纳米材料具备其它一般材料所没有的优越性能，可广泛应用于电子、医药、化工、军事、航空航天等众多领域，在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。

2.纳米材料可分为哪几类?

答：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。

3.比较小尺寸效应和量子尺寸效应。

答：纳米颗粒的小尺寸所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波波长、超导态的相干长度等物理特征相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料的声、光、电、磁、热、力学等特性表现出改变而导致出现新的特性。

当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高占据分子轨道(HOMO)能级和最低空轨道(LUMO)能级而使能隙变宽的现象，均称为量子尺寸效应。

5.为什么在研究碳纳米管的过程中，可以借鉴研究石墨的方法和技巧？石墨片卷绕成碳纳

米管的方式主要有哪几种，有何区别？

答：各种实验表明，碳纳米管的管壁是一种类似于石墨片的碳六边形网状结构，但有扭曲，这就是说，碳纳米管管壁由碳六边形环构成，每个碳与周围的三个碳原子相邻，碳与碳之间通过sp2杂化键结合，展开在平面上，实际上就是石墨片的结构。所以简单地说，碳纳米管可以看成是由石墨片卷成圆筒状而成的。

石墨片卷成圆筒状的方式并不是唯一的，不同的卷绕方式所得到的碳纳米管的对称性不同，物理和化学性质也可能不同。高度旋转对称的碳纳米管，主要有两种方式，即扶手椅面方向

和锯齿面方向旋转而成的碳纳米管。

7.说明溶胶-凝胶法的原理及基本步骤。

答：溶胶-凝胶法是一种新兴起的制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿化学方法。其基本原理是：易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经干燥烧结等后处理得到所需材料，基本反应有水解反应和聚合反应。这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的单多组分混合物(分子级混合)，并可制备传统方法不能或难以制备的产物，特别适用于制备非晶态材料。

溶胶-凝胶法制备过程中以金属有机化合物(主要是金属醇盐)和部分无机盐为前驱体，首先将前驱体溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均匀的溶液，接着溶质在溶液中发生水解(或醇解)，水解产物缩合聚集成粒径为1nm左右的溶胶粒子(sol)，溶胶粒子进一步聚集生长形成凝胶(gel)。有人也将溶胶-凝胶法称为SSG法，即溶液-溶胶-凝胶法

10.何为纳米组装体系？目前主要有哪些纳米组装体系的研究？

答：由人工组装合成的纳米结构材料体系称为纳米组装体系，也叫纳米尺度的图案材料。它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元，在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。纳米微粒、丝、管可以是有序或无序的排列，其特点是能够按照人们的意愿进行设计，使整个体系具有人们所期望的特性，因而该领域被认为是材料化学和物理学的重要前沿课题。

纳米组装体系又可以分为纳米阵列体系、介孔组装体系和薄膜镶嵌体系。目前对纳米阵列体系的研究，集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二维体系上。而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性以及与基体的界面耦合产生了一些新的效应，也使其成为研究热点。

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。

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

九年级化学金属习题及答案

人教版九年级化学下册 第八单元金属和金属材料同步练习(附：答案) 课题1金属材料 １．下列不属于 ．．．合金的是 A.焊锡B．黄铜C．生铁 D.石墨 2.在金属铝所列性质中，属于化学性质的是 A．导电性B．导热性C．延展性 D.还原性 ３.以下各组物质中都属于纯净物的是 A．石灰水、水银?Ｂ. 钢、24K金?Ｃ. 蒸馏水、汽油 D. 大理石、金刚石５.人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品的主要材质当时不是通过化学变化获取的是 A．马踏飞燕(青铜器）B．龙泉剑(铁器）C．金缕衣 D.塑料器具6.201０年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲 击，它的主体结构为四根巨型钢筋混凝上制成的核心筒。其中 钢属于 A.金属材料:Ｂ．合成材料 C．天然材料D．复合材料 ７．２0０9年２月1２日，我国外交部发言人就法国佳士得公司拍 卖圆明园兔首和鼠首两件文物，发表严正声明：中国对其拥有 不可置疑的所有权。这两件文物均为青铜器，青铜属于 A．金属材料? B.合成材料 Ｃ.无机非金属材料??D．复合材料 ８.金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。下列性质属于金属共性的是( ) Ａ.硬度很大、熔点很高 B.有良好的导电性、传热性 C．是银白色的固体 D.易与酸反应产生氢气 答案：DＤ C A C A A Ｂ 课题2金属的化学性质 1．“金银铜铁锡”俗称五金。在这五种金属中,金属活动性最强的是 A．铁B．金 C.银 D.铜 ２．下列物质中,不能 ．．在氧气中燃烧的是（) A.金箔Ｂ.铁丝 C.木炭Ｄ.氢气 --

3.下列金属中,只能与硝酸银溶液反应,不能与稀硫酸反应的是( ) A.镁Ｂ.银Ｃ．铜D．铝 4.下列关于铁、铝、铜的说法正确的是 ?A．都是银白色的金属B．都能被磁铁吸引 C.都能与氧气反应? D.都能与硫酸锌溶液反应 5．废旧手机的某些部件含有Mg、Aｌ、Cu、Ag等金属。为了回收重金属,将旧手机部件浸入足量稀盐酸中充分反应后,过滤,所得固体中含有的金属是 Ａ.Ｃu、Ａg Ｂ．Mg、Ag C.Ａl、Cu D.Mg、Al 6、在氯化铜和氯化镁的混合溶液中，加入过量的铁粉,充分反应后过滤，留在滤纸上的物质是（) A、Fe和Cu； B、Cu;Ｃ、Fe；D、Ｍg和Cu 7．下列物质中能与ＣｕＳO4溶液发生置换反应的是() A.Ag ? B.Fｅ?C．NａOH溶液? D.HCl溶液 8．将甲、乙两种金属片分别放入丙的硫酸盐溶液中,甲表面有金属丙析出，乙表面没有任何变化。据此判断,三种金属的活动性顺序是 A．甲＞丙>乙B．丙>甲>乙 C.乙>甲>丙 D.甲>乙>丙 9.A、B、C、D是四种金属单质，A能从B的硝酸盐溶液中置换出B，但Ａ不能与稀盐酸反应。相同条件下，C、D能与稀盐酸反应产生H２,且D比C反应剧烈。则四种金属的活动性由强到弱的顺序是 A．Ａ、B、C、D B.Ｂ、A、C、D??C．Ｄ、C、A、B D.D、C、B、A １０．甲、乙、丙三种金属,分别投入稀盐酸中,只有甲能产生气体;将乙投入丙的硝酸盐溶液中,乙的表面有丙析出。则甲、乙、丙三种金属的活动性顺序为 Ａ.甲>乙>丙B．乙>甲>丙C．丙>乙>甲 D.甲>丙＞乙 1１.将Ｍ、Ｎ两种金属片分别放入硫酸铜溶液中，M表面析出铜,Ｎ没有明显现象。据此判断,三种金属的金属活动性顺序是 A. Ｎ>Cｕ>Ｍ B. M>Cu>N? C. Cu> M >N? D. M > N> Cu 12.有A、B、C三种金属,如果把A和B分别放入稀盐酸中,A溶解并产生氢气,B不反应；如果把B放到Ｃ的硝酸盐溶液中,过一会，B表面有Ｃ析出。则Ａ、Ｂ、C三种金属的活动 --

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？ 类型键合强弱形成晶体的特点 离子键最强无饱和性和方向性:高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电 共价键强有饱和性和方向性:低配位数、高熔点、高强度、高 硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电 金属键较强无饱和性和方向性:配位数高、结构密堆、塑性较好、 有光泽、良好的导热、导电性 氢键弱有饱和性和方向性；高分子化合物形成氢键数目巨大，对其熔点及力学等性能影响大；对小分子熔点、沸点、溶解性、黏度也有一定影响。 范德华键最弱无饱和性和方向性:结构密堆、高熔点、绝缘 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 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=， 90 ,= = = = =γ β α c b a (2) bcc体心立方有：a3 4R= 3 4R a=； 90 ,= = = = =γ β α c b a (3) 简单立方有：R a2 =， 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 = =

化学无机非金属材料的专项培优练习题(含答案)含答案

化学无机非金属材料的专项培优练习题(含答案)含答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．某一固体粉末含有SiO2、Fe2O3、Al2O3，加入足量NaOH溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中加入过量盐酸，过滤，将所得滤渣洗涤并灼烧至恒重，最终固体成份为 A．SiO2B．Fe2O3、SiO2 C．SiO2、Al2O3D．Fe2O3 【答案】A 【解析】 SiO2、Fe2O3、Al2O3，加入足量NaOH溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中含有硅酸钠、偏铝酸钠，加入过量盐酸，生成硅酸沉淀，将所得滤渣洗涤并灼烧生成二氧化硅，故A正确。 2．蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述正确的是 A．沉淀X的成分是SiO2 B．将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料Fe2O3 C．在溶液Y中加入过量的NaOH溶液，过滤得到沉淀是Fe(OH)3 D．溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+ 【答案】A 【解析】 【分析】 金属氧化物MgO、A12O3、Fe2O3会溶于盐酸，生成氯化镁、氯化铝以及氯化铁，过滤后，得的沉淀X是二氧化硅，溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸，向Y 中加入过量的氢氧化钠，会生成氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠等。 【详解】 A、沉淀X的成分是SiO2，A正确； B、将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到MgO、Fe2O3的混合物，B错误； C、溶液Y中加入过量的NaOH溶液后过滤，过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠，沉淀是氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，C错误； D、溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸，含有的阳离子主要是 Mg2+、Al3+、Fe3+、H+，D错误； 答案选A。 3．下列说法中正确的是 A．水玻璃和石英的主要成分都是SiO2

最新材料化学课后题答案第一章

第一章绪论 1.什么是材料化学？其主要特点是什么？ 答：材料化学是关于材料的结构，性能，制备和应用的化学；其主要特点是跨学科性和实践性。 2.新石器时代的标志是什么？ 答：其标志为陶器和农业的出现。 3.材料与试剂的主要区别是什么？ 答：试剂在使用过程中通常被消耗并转化成别的物质，而材料则一般可重复，持续使用，除了正常消耗，它不会不可逆的转变成别的物质。 4.材料按其组成和结构可以分为哪几类？ 答：金属材料，无机非金属材料，聚合物材料和复合材料。 5、简述材料化学的主要研究内容 结构：组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布 性能：材料固有的化学、物理及力学方面的性能 制备：将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续的过程 应用 中国农业银行企业文化核心理念 一、中国农业银行使命 面向“三农”，服务城乡，回报股东，成就员工 二、中国农业银行愿景 建设城乡一体化的全能型国际金融企业 三、中国农业银行核心价值观 诚信立业，稳健行远 四、核心价值观指导下的相关理念 （一）经营理念：以市场为导向，以客户为中心，以效益为目标。 （二）管理理念：细节决定成败，合规创造价值，责任成就事业。 （三）服务理念：客户至上，始终如一。 （四）风险理念：违规就是风险，安全就是效益。 （五）人才理念：德才兼备，以德为本，尚贤用能，绩效为先。

中国农业银行企业文化核心理念简要释义 一、中国农业银行使命：面向“三农”，服务城乡，回报股东，成就员工 使命是中国农业银行开展全部活动的根本原因和终极责任的集中反映。中国农业银行致力为中国“三农”事业贡献力量，为最广大城乡客户提供优质金融产品与服务，为股东创造持续一流价值回报，为员工创造良好工作环境、搭建事业发展平台，着力实现与国家、社会、客户、股东以及员工等各利益相关方的和谐相处、繁荣共进。

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）。

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

材料化学课后习习题答案

材料化学课后习题答案 P 42 :四(1)(2)(3) P 69 :二、三(1)(2) P 90 : 5 P 133：二、三(1)(2) P l99：—、二二 P 222: 一、 三(1) P 236： 、 - 二 .专业：应用化学14-1 学号： 姓名：丁大林 第二章化学基础知识 一. 填空题 1. 热力学第三定律的具体表述为 纯物质完美晶体在0 K 时 的熵值为零 ，数学表达式为S*(完 美晶体，0 K)=0 J —K 1。 运］=_包］、僵］=爸 \ V S \ :S V \ V T \: T V 4. 理想稀溶液存在依数性质，即溶剂的蒸气压下降 、凝固点降低、沸点升高、渗透压的量值均 与溶液中溶质的数量有关，而与溶质的种类无关。 5. 人们将存在于两相间厚度为几个分子大小的薄层称为界面层，简称界面，有液 -气、固-气、固- 液、液-液、固-固界面，通常把固-气界面、 液-气界面称为表面。 6. 表面张力一般随温度和压力的增加而降低，且 c 金属键＞ c 离子键＞ c 极性共价键＞ c 非极性共价键。 2.麦克斯韦关系式为 3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为 % =G B

7. 按照氧化态、还原态物质的状态不同，一般将电极分成第一类电极（金属电极、气体电极）、第二类电极（金属-难溶盐电极）、氧化还原电极三类。 8. 相律是描述相平衡系统中自由度、组分数、相数之间关系的法则。其有多种形式，其中最基本的是吉布斯相律，其通式为 f =c- p+2。 二?名词解释 1. 拉乌尔定律：气液平衡时稀溶液中溶剂A在气相中的蒸气压P A等于同一温度下该纯溶剂的饱和蒸气压P A与溶液中溶剂的摩尔分数X A的乘积，该定律称为拉乌尔定律。 2. 亨利定律：在一定温度下，稀溶液中易挥发溶质B在平衡气相中的分压P B与其在平衡液相中的 摩尔分数X B成正比，该定律称为亨利定律。 3. 基元反应：化学反应并非都是由反应物直接生成生成物，而是分若干真实步骤进行的，这些步骤称为基元反应。 4. 质量作用定律：基元反应速率与反应中各反应物浓度的幕乘积成正比，这一规律称为基元反应的 质量作用定律。 5. 稳态近似处理：假定中间物浓度不随时间而改变的处理方法。 6. 极化：当电化学系统中有电流通过时，两个电极上的实际电极电势将偏离其平衡电势e，这种现 象称为电极的极化。 7. 相图：又称平衡状态图，用几何（图解）的方式来描述处于平衡状态时，物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图。 三?简答题 —-. -_ 1. 简述什么是亚稳状态，其形成原因及在生产中应如何处理。 答：1）是一种热力学不稳定状态，但在一定条件下能长期存在，称为亚稳状态。 2）形成原因：新相难于形成。 3）生产中遇到亚稳态有时需要保护，有时需要破坏，如非晶体材料制备就是将材料高温熔融后迅 速冷却，使晶格排列长程无序，从而形成非晶态亚稳结构，使材料的耐腐蚀性能力和力学性能得以提高。金属退火处理是为了消除淬火等处理所产生的一些不平衡相，使材料的内部组织重新达到平衡状态。 2. 简述物理吸附与化学吸附的区别。 项目物理吸附化学吸附 吸附力分子间力化学键力 吸附分子层多分子层或单分子层单分子层 吸附温度低高 吸附热小大 吸附速率快慢 吸附选择性无或很差有 3. 简述热分析法绘制相图的步骤。 答：先将样品加热成液态，然后另其缓慢而均匀地冷却，记录冷却过程中系统在不同时刻的温度数据，以温度为纵坐标，时间为横坐标，绘制温度-时间曲线，即冷却曲线（或称步冷曲线）。由若干条组成不同的冷却曲线可绘制出相图。 四.计算题” 1. 计算压力为100kPa, 298K及1400K时如下反应CaCOs）=CaO（s）+CO2（g）的△?*，判断在此两温度下反应的自发性，估算该反应可以自发进行的最低温度。 解: r G：298K - -RTI nK，--RTI n j 与一8.314 298 " !囂=0

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）