习题 1(2010 年 3 月 18 日) 2. 下图是一个伸展开的聚乙烯分子,其中 C—C 化学键长为 154pm。试根据 C
原子的立体化学计算分子的链周期。
CCC CCCC
3. 由 X 射线法测得下列链型高分子的周期如下,试与前题计算结果比较,并说
明其物理意义。
化学式
链周期
聚乙烯醇
CH2 CH n OH
2.52
聚氯乙烯 聚偏二氯乙烯
CH2 CH n
Cl
5.1
Cl
CH2 C n Cl
4.7
4. 根据右图所示平面点阵结构图形回答问题:1)请将 平面点阵结构抽象出相应的平面点阵;2)画出正当 点阵单位;3)指出其点阵型式;4)指出每个结构 基元包含几个 和几个 ;5)用分数坐标表示出正 当点阵单位中所有球的位置。
6. 试指出金钢石、NaCl、CsCl 晶胞中原子的种类,数 目及它们所属点阵型式。
7. 四方晶系的金红石晶体结构中,晶胞参数为 a = b = 458pm, c=298pm,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。
8. 晶面交角守恒是指什么角守恒,为何守恒?晶面的形状和大小为什么不守恒? 晶体外形一般说受哪些因素的影响?
习题 1 答案 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:
C 原子间夹角约为 109.5? 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。 答案见《结构化学基础(第 3 版)习题解析》,周公度;段连运,北京:北京大 学出版社,2003,157
4.根据右图所示平面点阵结构图形回答问题: 答: 1)平面点阵结构抽象出相应的平面点阵如下图(左), 为点阵点。
2)正当点阵单位如上图(右),虚线所示。 3)点阵型式为平面四方。 4)每个结构基元包含 3 个 和 4 个 5)每个正当点阵单位中含 1 个结构基元,各球的位置为:
:0, 0;?, 0;?, ?; :?, ?;?, ?;?, ?;?, ?
1
6. 试指出金钢石、NaCl、CsCl 晶胞中原子的种类,数目及它们所属点阵型式。 答:答案如下表
金刚石 NaCl CsCl
原子的种类 C
Na+与 ClCs+与 Cl-
原子的数目 8
Na+:4,Cl-:4 Cs+:1,Cl-:1
点阵型式 立方面心 立方面心 简单立方
7. 四方晶系的金红石晶体结构中,晶胞参数为 a = b = 458pm, c=298pm,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。 答:
根据晶胞中原子间距离公式 d=[(x1-x2)2a+(y1-y2)2b+(z1-z2)2c]1/2,
得: d=[(0.31-0)2a +(0.31-0)2b +(0-0)2c]1/2 =0.31 *21/2 *4.58? =2.01?
8. 晶面交角守恒是指什么角守恒,为何守恒?晶面的形状和大小为什么不守恒? 晶体外形一般说受哪些因素的影响? 答:
晶面交角守恒定律,即同一种晶体的两个相应晶面间的夹角保持恒定不变的 数值,若对应各相应的晶面分别引法线,则每两条法线之间的夹角(晶面夹角) 也必为一个常数。
由于晶体具有点阵结构这一规律决定的。 因为晶体的大小和形状不仅受内部结构的制约,还受外部因素的影响,所以 晶面的形状和大小是不守恒的。 一般说来,在一定程度上受到外因,如温度、压力、浓度和杂质的影响。
2
习题二
1.写出二氯丙二烯分子可能的异构体及各异构体所属的分子点群。
2.正八面体络合物 MA6中的三个配位体 A 被三个 B 取代,所生成的络合物 MA3B3有多少种异构体?这些异构体各属什么点群?
3.有A、B、C三种晶体,宏观对称性分别属于C2v、D2h、D2d点群。它们各属于 什么晶系,特征对称元素是什么,晶胞参数间的关系如何?
4.为什么 l4 种点阵型式中有正交底心,而无四方底心,也没有立方底心型式?
5.为什么有立方面心点阵而无四方面心点阵?
6.某一晶体的点阵型式具有三个互相垂直的四重轴、对称面、对称中心,而此
晶体却无 4 重对称轴、无对称面和对称中心,问此晶体属于何点群?简述推
理过程。
7.一晶体属于空间群 P 2/c,
(1) 给出该晶体所属晶系和点阵类型;
(2) 给出该晶体所属点群的熊夫利记号;
(3) 写出该晶体所具有的独立的宏观对称元素和派生的宏观对称元素。
8.请说明下列空间群国际记号的含意。
C25h
?
P
21 c
C62h
?
P
63 m
Oh7
?
F
41 d
3
2 m
D28 ? P212121 D212d ? I 42d C34 ? R3
习题二答案
1.写出二氯丙二烯分子可能的异构体及各异构体所属的分子点群。
两种异构体: C2;
C2v
Cl
H
Cl
H
C
C
C
CCC
2
H
Cl
Cl
H
2.正八面体络合物 MA6中的三个配位体 A 被三个 B 取代,所生成的络合物MA3B3有
多少种异构体?这些异构体各属什么点群? 有二种异构体: 3 个 A 同在一个三角形三个顶点上, C3v; 不同在一个三角形上, C2v。 3.有A、B、C三种晶体,宏观对称性分别属于C2v、D2h、D2d点群。它们各属于什么晶系,
特征对称元素是什么,晶胞参数间的关系如何?
C2v : 正交晶系;2 个互相垂直的m;a?b?c,α=β=γ=90? C2h :单斜晶系;2 or m;a?b?c,α=γ=90??β D2d :四方晶系;4 重反轴;a=b?c,α=β=γ=90? 4.为什么 l4 种点阵型式中有正交底心,而无四方底心,也没有立方底心型式?
立方底心型式会破坏立方体对角线上三重轴的对称性,不再满足立方晶系特征对称
元素的需要,所以无立方底心型式。
四方底心型式则可以划分为更小的简单格子,且仍保持四重对称轴的对称性,所以
无四方底心型式。
而正交底心型式划分为更小的简单格子时,将破坏其 α=β=γ=90?的规则性,所以要
保留正交底心型式。
5.为什么有立方面心点阵而无四方面心点阵?
因为立方面心点阵若取成素晶胞,不再满足立方晶系 4 个三重轴的特征对称元素的
需要。而四方面心点阵可取成更简单的四方体心格子,所以没有四方面心点阵。
6.某一晶体的点阵型式具有三个互相垂直的四重轴、对称面、对称中心,而此晶体却无 4
重对称轴、无对称面和对称中心,问此晶体属于何点群?简述推理过程。
此晶体属于 T 点群。
简单推理如下:点阵型式具有三个互相垂直的四重轴、对称面、对称中心,一定属
于立方晶系。对应的对称元素系可能有以下 5 种:
Oh’:?3C4,4C3,6C2,9?,i?; O’:?3C4,4C3,6C2?;
Td’:?3I4,4C3,6?d?; Th’:?4C3, 3C2,3?h, i?; T’:?4C3, 3C2?
晶体无 4 重对称轴、无对称面和对称中心,是由于原子的排布造成。以上 5 种对称
元素系中只有点群 T 符合此条件。
7.一晶体属于空间群 P 2/c,
(1) 给出该晶体所属晶系和点阵类型;单斜晶系,简单单斜点阵型式
(2) 给出该晶体所属点群的熊夫利记号;C2h (3) 写出该晶体所具有的独立的宏观对称元素和派生的宏观对称元素。2, m, i
8.请说明下列空间群国际记号的含意。
C25h
?
P
21 c
C62h
?
P
63 m
Oh7
?
F
41 d
3
2 m
D28 ? P212121 D212d ? I 42d C34 ? R3
(1) 表明该晶体属单斜晶系,简单单斜点阵型式,∥b有 21螺旋轴,⊥b有c滑移面。
(2) 表明该晶体属正交晶系,简单正交点阵, ∥a有 21螺旋轴,∥b有 21螺旋轴,∥c有 21
螺旋轴。
(3) 表明该晶体属六方晶系,简单六方点阵,∥c有 63螺旋轴,⊥c有m镜面。 (4) 表明该晶体属四方晶系,体心四方点阵,∥c 有 4 反轴,∥a 有 2 旋转轴,∥a+b 有 d
滑移面。
(5) 表明该晶体属立方晶系,面心立方点阵F,∥a有 41螺旋轴,⊥a有d滑移面,∥a+b+c
有 3 反轴,∥a+b有 2 旋转轴,⊥a+b有m镜面。
(6) 表明该晶体属三方晶系,R 心格子,∥c 有 3 旋转轴。
课堂练习题:2001 年 3 月发现硼化镁在 39K 呈超导性,可能是人类对超导认识
的新里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,像
维夫饼干,一层镁一层硼地相间,下图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿 c
轴方向的投影,白球是镁原子投影,黑球是硼原子投影,图中的硼原子和镁原
子投影在同一平面上。画出硼化镁的一个晶胞的透视图,标出该晶胞内面、棱、
顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子(镁原子用大白球,硼原子用小黑球表
示)。确定硼化镁的化学式为:
。
(选自:中国化学会 2001 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题)
解答: 化学式:MgB2
材料化学练习题一
北京师范大学化学学院 2007 级,2010.4
答案
一.平面点阵结构(a), (b), (c)和空间点阵结构(d)和(e)按下面所示单位重复堆砌而成。(30 分)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
1. 在原图上用虚线画出一个正当点阵单位
2. 完成下表,
表示为 A,
表示为 B。
a
b
c
结构基元
1A2B 或 AB2 3A4B 或 A3B4
3A 或 A3
d 1A1B 或 AB
e 1A1B 或 AB
原子坐标
A: 0,0; B: ?, 0; 0, ?
点阵型式
平面四方
A: 0,0; ?,0; ?,? B: ?, ?; ?, ?; ?, ?; ?, ?
平行四边形
A: 0,0; ?,0; 0,?
平面四方
A: 0,0,0; B: ?, ?,0
简单四方
A: 0,0,0; B: ?, ?, ?
简单四方
二.试作图分别示意具有晶面指标(010), (110), (210), (111)的晶面位置(20 分)。
b
b
b
b
o
a
o
a
o
a
o
a
c
c
c
c
1
三.写出下列分子的全部对称元素并指出其所属点群(25 分)。
分子
对称元素
对称轴
镜面
i
点群
CO2
C∞ , ∞C2
σh, ∞σv
i
D∞h
C2H6 (重叠式)
I6 , 3C2
σh, 3σv
无
D3h
C6 , 6C2
σh, 6σv
i
D6h
Cr
偶极矩 旋光性
0
无
0
无
0
无
C1
σ
无
Cs
≠0
无
Cr
四. 氧化银 Ag2O 可取立方晶胞, 晶胞内分子个数 Z=2,原子坐标 Ag:1/4, 1/4, 1/4; 3/4, 3/4, 1/4; 3/4, 1/4, 3/4; 1/4, 3/4, 3/4; O: 0,0,0; 1/2, 1/2, 1/2。回答以下问题(25 分) (1)试画出晶胞图. 红色为 O 原子, 蓝色为 Ag 原子。
(2)该晶体是什么点阵型式? 简单立方点阵 (3) Ag 和 O 的配位数各是多少? Ag :2; O:4 (4) 此结构有对称中心吗? 没有 (5) 若将晶胞移位, 使一个 Ag 原子位于原点, 写出晶胞内原子的坐标. Ag:(0,0,0);(1/2,1/2,0);(1/2,0,1/2);(0,1/2,1/2) O: (1/4,1/4,1/4);(3/4,3/4,3/4)
2
材料化学练习题二
北京师范大学化学学院2007级,2010. 6
(答 案)
一、判断下列说法是否正确。正确的在题目前的( )内打√ ,错误的打×。 ( √ )1. 经过一个以上(包括不动)不改变图形中任意两点之间距离的操作后能够复原的图形
称为对称图形。
( ×)2. 分子偶极矩为零的条件是分子一定有对称中心。
(
×)3.
A、B分别为A3密堆积晶胞中的两个原子的中心,向量AB必属于平移群
v T
。
( ×)4. 晶面间距d(hkl)是一颗晶体两个相对晶面之间的距离。
( √ )5. 同一化学组成的晶体可能具有不同的点群。
( ×)6. 从一个晶体结构抽象出点阵时,以不同的原子中心为点阵点可以得到不同的点阵。
( ×)7. 正负离子的半径比决定正负离子的配位数之比。
( ×)8. 离子的极化将使得配位数增加,键长缩短,点阵能升高。
( ×)9. 晶面指标标明了一组互相平行的平面点阵面对晶轴的取向关系。
( ×)10. 可以使用 CuKα X-射线对单晶样品拍摄劳埃衍射照片。
二、填空题
1. 有一AB2型立方面心晶体, 一个立方晶胞中有 ( 4 )个A和( 8 )个B. 2.从 CsCl 晶体中, 能抽出 (立方 P)点阵, 结构基元是(1Cs+,1Cl-), 所属晶系的特征对称元素是
( 4个3 ). 3. 石墨的层状结构中, 每个平面点阵单位有( 2 )个碳原子, ( 1 )个结构基元. 石墨的空间结
构中, 每个空间点阵单位有( 4 )个碳原子, ( 1 )个结构基元. 4. CaF2晶体中负离子的堆积型式为( 简单立方 ), 正离子填入
( 立方体 )空隙中. 5. 固态CO2是典型的分子晶体,其晶胞如右图所示。该晶体属
( 立方 )晶系,点阵型式为( 简单立方 ),判断每个CO2分子 周围有( 12 )个紧邻的其他CO2分子。 三、简答题
1. 实验测得一种氧化铁为六方晶系, 其中氧离子为六方最紧密堆积,铁离子填充在正八面体空 隙内,并占据每3个八面体空隙中的2个,请写出此氧化铁的化学式。
Fe2O3
1
2. 已知 SiC 晶体具有六方 ZnS 型结构,其六方晶胞参数为 a = b = 3.08, c = 5.05?。a) 写出 C 和 Si 的原子分数坐标。 b) Si 作什么型式的堆积, C 填充在什么型式的空隙里? a) C: 0,0,0; 2/3,1/3,1/2 Si: 0,0,3/8; 2/3,1/3,7/8 b)A3, 1/2四面体空隙
3. 一种AB2 型晶体的结构可以描述为: A 原子排列在金刚石的C 原子位置上, B 原子位于每一 对A 原子连线的中点上. a) 该晶体属于什么晶系, 点阵型式是什么? b) 此晶体的结构基元是 什么? c) A 和 B 的配位数各是多少? d) B 组成的配位多面体的型式是什么?
为SiO2晶体:立方晶系, 立方面心; 2AB2 (2A4B); 4, 2; 正四面体
4. 金属镍为A1型结构, Ni-Ni键长为249.2pm, Ni的原子量为58.7, a) 求Ni的立方面心晶胞参数及
Ni的密度. b)用波长λ = 229.1pm射线拍衍射图, 求衍射角θ = 34.27°对应的衍射指标.
a) a= √2 x 249.2 = 352.4pm, D = 8.91;
b) (111)
sin2 θn
=
n2λ2 4a2
(h
*2
+k
*2
+l
*2 )
= ( λ )2(h2 + k2 + l2) 2a
(h2 + k 2 + l 2 ) = ( 2a )2 sin 2 θ λ
五.已知Ca2+离子的半径为99pm,Cs+离子的半径为182pm,S2-离子的半径为184pm,Br-离子 的半径为195pm。若立方晶系CaS和CsBr晶体均服从离子晶体的结构规则,请判断这两种晶体 的正、负离子配位数、配位多面体型式、负离子堆积方式、晶体的结构型式。
CaS:6,6;八面体;A1(立方面心最密堆积);NaCl型 CsBr:8,8;立方体;A2(简单立方密堆积);CsCl型
2
习题 3 答案 教材 p69,18-23 18. 论证具有体心点阵的晶体,指标 h+k+l=奇数的衍射其结构振幅︱Fhkl︱=0. 解:
对体心晶体,可知,在(0,0,0),(1/2,1/2,1/2)处有相同原子。
n
∑ Fhkl = fje2πi(hxj + kyj + lzj) j=1 = f [e 2πi(0+0+0) + e 2πi(1/2h+1/2k+1/2l)] = f [1+ cosπ(h++k+l)+isinπ(h+k+l)] = f [1+ cosπ(h++k+l)] 当 h+k+l=奇数时,cosπ(h++k+l)]=-1,故 Fhkl=0,出现消光。
19. 论证晶体在 a 方向上有二重螺旋轴时,则 h=奇数的结构振幅︱Fh00︱=0.
解:对具有二重螺旋轴的点阵,在(x,y,z)和(x+1/2,-y,-z)有相同的原子。
∑ 则
n
Fhkl =
fje2πi(hxj + kyj + lzj)
j=1
= f [e 2πi(hx+0+0) + e 2πi(1/2h+hx+0+0)]
= f [e 2πi((hx)+ e 2πi(x+1/2)h)
= f e 2πihx(1+eπih)
= f e 2πihx (1+ cosπh+isinπh )
= f e 2πihx(1+ cosπh) 当 h 为奇数,cosπh= -1。
=0 故存在消光现象。
20、甲基尿素 CH3NHCONH2(正交晶系)只在下列衍射中出现系统消光:h00 中 h=奇;0k0 中 k=奇;00l 中 l=奇,查表确定:(1)点阵型式,(2)有无滑移面 存在?(3)有无螺旋轴存在?(4)确定空间群。 解:根据已知条件,查表得: (1)点阵型式:简单正交
1
(2)没有滑移面 (3)有 21 螺旋轴 (4)空间群为 P212121(19)
21、已知某立方晶系的晶体其密度 d=2.16g?cm-3,化学式量为 58.5,用 λ=1.542? 的单色 X 射线,直径为 57.3mm 的粉末照相机,摄取了一张粉末图,从图上量得 衍射为 220 的一对粉末弧线间距 2l=44.6mm。求算晶胞参数 a 及晶胞中按化学式 为单位的“分子数”Z 值。 解:
4θ = 2l ?180 Rπ
θ = 44.6×180 = 22.31 0.5 × 57.3× 4 × 3.14
2dhkl sinθ = λ
dhkl
=
λ 2sinθ
= 1.542×10?10 2sin 22.31
= 2.031×10?10m
dhkl =
a h2 + k2 + l2
a = 2.031×10?10 × 22 + 22 + 0 = 5.744 ×10?10m = 5.744 ×10?8cm
Z
= VdN M
=
a3dN M
=
(5.744 ×10?8 cm)3
×2.16g ? cm?3 58.5g ? mol?1
×6.02 ×1023mol?1
≈4
答:晶胞参数 a 为 5.744? ,分子数 Z 为 4。
22、用 Cu 靶的 Kα ( λ = 1.54?)和直径为 57.3mm 的照象机拍摄钨的粉末图。从 X
射线的出口处顺次量取衍射环线离出口的距离 l。试确定钨的点阵型式、晶体常
数以及每个晶胞中所含原子的数目(已知钨的密度=19.3 克/厘米 3)。
线号
1
2
3
4
5
6
7
8
l(mm) 20.13 29.18 36.60 48.51 50.32 57.46 65.58 76.69
解: (1)、由公式 4θ=2L/R×180/л得出 θ=L/2R×180/л
2
因为实际比值是 2:4:6:8:10:12:14:16,所以是立方体心的点阵型式。 (2)、由公式 Sin2θ=(λ/2a)2·(h2+k2+l2)得出 a=λ( h2+k2+l2) 1/2 /(2sinθ)=1.54×(12+12+02)1/2/(2sin20.13)=3.17(?) 所以晶
体常数 a=3.17 ?
(3)、由公式 D=nM/VN0 得出
n=DVN0/M=Da3N0/M =19.3 ×(3.17 ×10-8) 3×6.02×1023/183.85=2
线号
1
2
3
4
5
6
7
8
L(mm)
θ(度) Sinθ Sin2θ Sin2θn/ Sin2θ1 实际比值
20.13 20.13 0.344 0.118 1 2
29.18 29.18 0.488 0.238 2 4
36.60 36.60 0.596 0.355 3 6
48.51 48.51 0.749 0.561 4 8
50.32 50.32 0.770 0.592 5 10
57.46 57.46 0.843 0.711 6 12
65.58 65.58 0.911 0.829 7 14
76.69 76.69 0.973 0.947 8 16
即每个晶胞中所含原子的数目是 2
23.尿素的规则外形如图: (1) 根据图形,确定尿素(NH2CO-NH2)所属点群及晶系。 (2) 在ˉ4 方向,2方向和m的法线方向上,拍了三张回转图, 计算得到相应直线点阵周期分别为 4.73、5.67 及 8.02, 写出晶胞参数。 (3) 测得尿素晶体密度 d =1.335g/cm3,计算晶胞中的分 子数目。 (4) 对衍射图进行指标化后,发现只有 h00 衍射中 h = 奇 数,0k0 衍射中 k = 奇数,有系统消光,据此判断晶体 的点阵型式,并写出空间群的国际符号。 (5) 计算衍射 112,121,211 的布拉格角(λ = 1.5418?)。
(6) 设粉末照相机半径为 5cm,推算尿素粉末图上述衍射所对应的粉末弧线
2l 长.
解: ⑴、尿素所属点群为 D2d,四方晶系。 ⑵、晶胞参数为:a=b=5.67 ?
c=4.73 ? ⑶、Z=d×V×No/M
3
=1.335×(5.76×5.76×4.73) ×(10-8)3×(6.02×1023)/60 =2 晶胞中原子的数目为 2。 ⑷、简单四方点阵 因为如题所述,只有 h00 衍射中 h = 奇数,0k0 衍射中 k = 奇数,有系统消光 即 hkl 衍射无系统消光,故为素格子。另如尿素为体心四方点阵,则当 h+k+l= 奇数时,出现系统消光。那么,对 00l 型衍射 l 为奇数时亦有消光;但实际没有 出现消光,说明它不是体心点阵,而是简单四方点阵。 空间群的国际符号为:
推导过程如下: ∵c 方向上有四重反轴
h00 衍射中,h=奇数时出现系统消光,则在平行于 a 方向上有 21 螺旋轴 在垂直于 a+b 方向,如有 c 滑移面,应在 003,005 等衍射方向有消光现象, 但实际没有,所以没有 c 滑移面.只有对称面 m.
⑸、根据公式有, 2dhklsinhkl = λ
在四方晶系中, dhkl 的求解公式如下: dhkl =
1
h2 + k2 + l2
a2
c2
∴
sin hkl
=
λ
/
2d hkl
=
λ 2
×
h2 + k2 + l2
a2
c2
对
112
衍射,
sin112
= 1.5418 × 2
12 +12 + 22 5.672 4.732
θ=22.21o
对
121
衍射,
si n121
= 1.5418 × 2
12 + 22 + 12 5.672 4.732
θ=20.17o
4
对
211
衍射,
sin 211
= 1.5418 × 2
12 + 22 + 12 5.672 4.732
θ=20.17o
(6) 、公式 4θ=(2L×180)/(R×Π) 2L112=(4θ×RΠ)/180=(4×22.21×5×Π)/180=7.751cm 2L121=(4θ×RΠ)/180=(4×20.17×5×Π)/180=7.039cm 2L211=(4θ×RΠ)/180=(4×20.17×5×Π)/ 180=7.039cm
5
历年晶体
2000 年-2005 年晶体考题 一.画晶胞 (2003)第 6 题(12 分) 2003 年 3 月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首 例带结晶水的晶体在 5K下呈现超导性。据报道,该晶体的化学式为 Na0.35CoO2 ? 1.3H2O, 具有……-CoO2-H2O-Na-H2O-CoO2-H2O-Na-H2O-……层状结构;在以“CoO2”为最简式表 示的二维结构中,钴原子和氧原子呈周期性排列,钴原子被 4 个氧原子包围,Co-O键等长。 6-1 钴原子的平均氧化态为 。 6-2 以 代表氧原子,以 代表钴原子,画出CoO2层的结构,用粗线画出两种二维晶胞。 可资参考的范例是:石墨的二维晶胞是下图中用粗线围拢的平行四边形。
6-3 据报道,该晶体是以Na0.7CoO2为起始物,先跟溴反应,然后用水洗涤而得到的。写 出起始物和溴的反应方程式。
(2001)第 5 题(5 分)今年 3 月发现硼化镁在 39K 呈超导性,可能是人类对超导认识的新
里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,像维夫饼干,一层镁
一层硼地相间,图 5-1 是该晶体微观空间中取出的部分原子沿 C 轴方向的投影,白球是镁
原子投影,黑球是硼原子投影,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。
5-1 由图 5-1 可确定硼化镁的化学式为:
。
5-2 在图 5-l 右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图,标出该晶胞内面、棱、顶角
上可能存在的所有硼原子和镁原子(镁原子用大白球,硼原子用小黑球表示)。
图 5-1 硼化镁的晶体结构示意图
a=b≠c,c 轴向上
(2004)第 6 题(6 分)最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴 于这三种元素都是常见元素,从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在 一起进行(面心)立方最密堆积(ccp),它们的排列有序,没有相互代换的现象(即没有平均原 子或统计原子),它们构成两种八面体空隙,一种由镍原子构成,另一种由镍原子和镁原子 一起构成,两种八面体的数量比是 1 : 3,碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。
6-1 画出该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小 球,镍原子用大 球,镁原子用大
1
历年晶体
球)。 6-2 写出该新型超导材料的化学式。
(2005)第 2 题(12 分)为纪念 1905 年爱因斯坦连续发表 6 篇论文导致物理学大变革 100 周年,今年被定为国际物理年。本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的,即 他提出的被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。
2-1 左上图是热电效应之一的图解。给出图中所有英文单词(或词组)及物理学符号的意义, 并为此图写一篇不超过 200 字(包括标点符号等)的说明文。
input—— 输入
hot—— 热(端) cold—— 冷(端) heat flow—— 热流
I —— 电流强度 n —— n型半导体 p ——p型半导体 i+—— 正电流
(各
0.25 分)
向热电材料构成的半导体的 n-p 结的远端输入外电流,半导体发生空穴导电, 电流流经 n-p 结时发生复合,外电流输入的能量转化为热流,使 n-p 结的温度越 来越低,而其远端的温度越来越高,即有类似冰箱制冷的效应。
(4 分)
2-2 右上图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。图中的大原子是稀土原 子,如镧;小原子是周期系第五主族元素,如锑;中等大小的原子是周期系 VIII 族元 素,如铁。按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。给出计算过程。提示:晶胞的 6 个面的原子数相同。设晶体中锑的氧化态为-1,镧的氧化态为+3,问:铁的平均氧化 态多大?
(2005 备用)第 2 题(12 分)锂电池由于其安全可靠的性能, 体积小、质量轻、高效能及 可逆等卓越品质被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式电子器材中。 下 图为锂电池工作原理图, 阴极材料由LiMO2 (M=Co, Ni, V, Mn)构成, 阳极材料由石墨构成, 阴、阳两极之间用半透膜隔开, 充电时锂离子由阴极向阳极迁移, 放电时则相反, 电池可表 示为:
(-)Cn/LiClO4/LiMO2(+)
2
历年晶体
2-1 写出锂电池充放电时的可逆电极反应。 2-2 根据上图所示的LiMO2的尖晶石结构, 写出氧的堆积方式, 并指出Li和M占据何种空隙,
画出以氧为顶点的一个晶胞。
2-3 锂离子在阳极与石墨形成固体混合物, 试推测并画出锂离子嵌入石墨的可能结构。 2-4 早期的阳极材料用的是锂金属, 试指出锂金属作阳极材料的不足, 并说明还可以用什么
物质替代石墨作阳极材料?
3
历年晶体
(2005 备用)第 3 题(10 分)固体发光材料是一种能将激发的能量转变为可见光的固体物
质。在基质中掺入杂质, 含量可达千分之几或百分之几, 可调整发光效率、余辉及发光光谱。 如在刚玉Al2O3基质中掺入 0.05~1.0%的Cr3+及在Y2O3基质中掺入Eu3+等均可制成固体发光 材料。
3-1 推测Al2O3基质中掺入Cr3+的发光原理。 Al3+和O2-是满壳层电子结构, 能隙大, 电子不易激发, 故无色;
(2 分)
掺入的Cr3+是过渡金属, 具有 3d电子, 在晶体中置换部分Al3+形成较低的激发态能级, 两个强吸收带分别吸收黄绿色及蓝色的光, 只有红光透过, 因而掺Cr3+的刚玉呈绚丽的
红色, 称为红宝石。
(3 分)
3-2 Y2O3属立方晶系, 将Y2O3的立方晶胞分为 8 个小立方体, Y在小立方体的面心和顶点, O 位于小立方体内的四面体空隙, 画出这样四个小立方体, 指出Y和O的配位数。
(4 分)
Y 的 O 的配位数为 6, O 的 Y 配位数为 4。
(1 分)
二. 晶体综合
(2000)4.理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。多面体的 面叫晶面。今有一枚 MgO 单晶如附图 1 所示。它有 6 个八角形晶面和 8 个正三角形晶面。宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面 对应的。已知 MgO 的晶体结构属 NaCl 型。它的单晶的八角形面对应 于它的晶胞的面。请指出排列在正三角形晶面上的原子(用元素符号表示原子,至少画出 6 个原子,并用直线把这些原子连起,以显示它们的几何关系)。(6 分)
(2000)5.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分 子,如右图所示,顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的 原子是碳原子,它的化学式是______。
4
华工材物化复试笔试题 2010年 1、一个人海中溺水,救生员离海有一距离,救生员在水中、陆地上的速度不一样,找一最快路线。 2 、列举生活常见的发光显示器,并说明主要特征。 有机发光显示器(OLED,Organic Light Emitting Display)是一种利用有机半导体材料制成的、用直流电压驱动的薄膜发光器件,OLED显示技术与传统的LCD 显示方式不同,无需背光灯,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄,可视角度更大,并且能够显著节省电能。OLED的工作原理十分简单,有机材料ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压的驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层,电子和空穴相遇形成激子,使发光分子激发而发出可见光。根据使用的有机材料不同,OLED又分为高分子OLED和小分子OLED,二者的差异主要表现在器件制备工艺上:小分子器件主要采用真空热蒸发工艺;高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。 特点: 1.薄膜化的全固态器件,无真空腔,无液态成份; 2. 高亮度,可达300 cd/m2以上; 3.宽视角,上下、左右的视角宽度超高170度; 4.快响应特性,响应速度为微秒级,是液晶显示器响应速度的1000倍; 5.易于实现全彩色; 6.直流驱动,10V以下,用电池即可驱动; 7.低功耗; 8.工艺比较简单,低成本; 9.分辨率;10.温度特性,在-40℃~70℃范围内都可正常工作。 3 、发光二极管原理,光电二极管的原理 (1)发光二极管(LED)由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片,在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为PN结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关 (2)光电二极管(Photo-Diode,PD)是将光信号变成电信号的半导体器件,由
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。
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
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()
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)
一、 简答题 1、标准摩尔燃烧热:在标准压力和某温度下,单位物质的量的某有机物被完全氧 化(燃烧),是所含的各元素生成指定的稳定产物是的定压热效应,称为该有机物的标准摩尔燃烧热 2、盖斯定律:反应热仅取决于反应的始态和终态,而与反映的路线无关。 3、反应热效应:在热化学中,当体系的始态和终态温度相同,而且在反应过程中只做体积功时,发生化学反应所吸收或放出的热。 4、标准摩尔熵:在标准状态下,单位物质的量的物质B 在T 时的熵值。 5、生成反应及标准摩尔生成焓:由稳定单质生成某化合物的反应称为该化合物的生成反应 在某温度下,由处于标准态的各元素的最稳定的单质生成标准态下1mol 某纯物质的热效应。 6、化学势)(,,)(B j n P T B B j n G ≠??=μ的含义:当熵、体积及除B 组分外其他各物质的量(n j )均不变时,增加dn B 的B 种物质则相应的增加内能dU. 7、偏摩尔量≠?=?j B ,m T ,P ,n (j B )B G G ( )n 的含义:组分B 的各偏摩尔量,实际就是定温定压下加入1molB 于大量的均匀体系中该量的增加。 8、相律:表达相平衡体系中相数(?)、独立组分数(c )和自由度数(f )及影响平衡的外界因素的定量关系式。 9、一级相变:当处于平衡状态的两相,其吉布斯自由能对p 或t 的一级导数不相等的相变。 10、二级相变及其特点:若两相的吉布斯自由能对温度或压力的一级导数相等,但二级导数发生不连续变化的相变。 特点:没有体积变化、没有相变潜热、αv 、k T 和c p 发生变化。 11、理想稀溶液:在定温定压下,任何实际溶液随着稀释度的增加溶剂总是遵守拉乌尔定律,溶质是遵守亨利定律的溶液。 12、拉乌尔定律:溶液中溶剂的蒸气压,等于纯溶剂在同一温度下的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。 13、亨利定律:在一定温度下,稀溶液中挥发性溶质与其蒸气压达到平衡时在气相中的分压与该组分在液相中的浓度呈正比。 14、实际溶液:除极稀溶液外,在大部分浓度范围内溶剂不遵守拉乌尔定律,溶《材料化学》 复习题
第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种 答:开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响,请举例说明这种影响的作用 答:合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体(γ)稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降,A4温度上升,即扩大了γ相区,它包括了以下两种情况:(1)开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素 (2)扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体(α)稳定化元素 (1)封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 (2)缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响 答: 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素:降低了A3,降低了A1 缩小γ相区元素:升高了A3,升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体,为什么
答:镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是: 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素(形成无限固溶体时,两者之差不大于8%) 3、组元的电子结构(即组元在周期表中的相对位置) 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么举例说明 答:组元在间隙固溶体中的溶解度取决于: 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如:碳、氮在钢中的溶解度,由于氮原子小,所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答:铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素;形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答:固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答:细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量
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。
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。
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)
一填空题 (1)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。 (2)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。 (3)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。 (4)材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 (5)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。 (6)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。 (8)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。 (9)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,其延伸围为零维、一维、二维和三维。 (10)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。 (14)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。 (15)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。 (16)铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 (17)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。 (21)液相沉淀法包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法和水解法。 (22)固态反应一般包括相界面上的反应和物质迁移两个过程,反应物浓度对反应的影响很小,均相反应动力学不适用。 (23)自蔓延高温合成按照原料组成可分为元素粉末型、铝热剂型和混合型。 (24)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。(25)合金基本结构为混合物合金、固溶体合金和金属间化合物合金。 (26)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。 (27)金属材料热处理包括整体热处理、表面热处理和化学热处理。 (28)超耐热合金包括铁基超耐热合金、镍基超耐热合金和钴基超耐热合金。 (29)提高超耐热合金性能的途径有改变合金的组织结构和采用特种工艺技术,后者主要有定向凝固和粉末冶金。 (30)产生合金超塑性的条件为产生超细化晶粒与适宜的温度和应变速率。 (31)无机非金属材料主要有以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材
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
1:[论述题] 1-1、无机材料化学是一门什么样的学科? 1-2、无机材料化学主要研究哪些方面的问题? 参考答案: 1-1、参考答案:无机材料化学是研究无机材料,主要是无机非金属材料的制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门学科。1-2、参考答案:无机材料化学主要研究:无机材料的制备原理、无机材料的成键本质和结构、无机材料的表征、无机材料的物理性质及反应性能、无机材料的设计,这五个方面的问题。 2:[论述题] 1-3、材料科学与化学和物理学有何联系? 参考答案:1-3参考答案:在材料科学与工程领域里,有化学、物理、相关理论和工程4个方面的内容。由于研究的对象不同,化学方面的内容又分为高分子化学和无机材料化学等。无机材料化学是材料科学的一个极重要的分支,又可以是化学学科的一部分,呈明显的交叉、边缘学科的性质。材料科学和物理、化学、相关理论及工程学的关系。 1:[论述题]3-1-1、晶体结构具有哪些基本特征? 3-1-2、晶体具有哪些共性? 3-1-3、何谓非晶态金属材料的基本特征? 3-1-4、铁电体的概念是什么? 3-1-5、反铁电体的概念是什么? 3-1-6、正压电效应(压电效应)的概念是什么? 3-1-7、逆压电效应的概念是什么? 3-1-8、缺陷化学的研究对象和内容是什么? 3-1-9、缺陷化学有什么理论意义和实用价值? 参考答案: 3-1-1参考答案:原子(或分子、离子)在三维空间呈周期性重复排列,即存在长程有序。 3-1-2参考答案:由于具有周期性的空间点阵结构,晶体具有下列共同性质:均一性,即晶 体不同部位的宏观性质相同;各向异性,即晶体在不同方向上具有不同的物理性质;自限性,即晶体能自发地形成规则的几何外形;对称性,即晶体在某些特定方向上的物理化学性质完全相同;具有固定熔点;内能最小。 性能上两大特点:固定的熔点,各向异性。 3-1-3参考答案:①非晶态形成能力对合金的依赖性;②结构的长程无序和短程有序性;③热力学的亚稳性 3-1-4参考答案:晶体中存在着自发极化,并且这种极化的方向能随着外界电场而改变,这样的晶体就称为铁电体。 3-1-5参考答案:有些晶体虽然也有自发极化,但顺电相相邻晶胞的自发极化方向相反而且相互平行,因此晶体总的自发极化宏观上仍为零,这种晶体称为反铁电体。 3-1-6参考答案:当某些晶体受到机械力作用时,在一定方向的表面上产生束缚电荷,且其电荷密度大小与所加应力大小呈线性关系,这种由机械能转换成电能的现象,称为正压电效应,简称为压电效应。 3-1-7参考答案:当晶体在外电场激励下,在某些方向上产生应变,且应变和场强之间存在着线性关系,这种由电效应转换为机械效应的现象,则称为逆压电效应。 3-1-8参考答案:缺陷化学的研究对象是点缺陷,但不包括声子和激子。其研究内容涉及点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、点缺陷的存在所引起的固体中载流子(电子和空穴)的变化、点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等。 3-1-9参考答案:缺陷化学具有重要的理论意义和实用价值。固体中的化学反应,只有通过缺陷的运动。陶瓷材料在高温时能正常烧结的基本条件是:材料中要有一定的缺陷机构与缺陷浓度,以使许多传质过程能顺利进行。点缺陷对材料的性质也有重要的影响,例如,固体材料的导电性与缺陷关系极大。可以说,缺陷化学及其相关的能带理论,是无机材料化学中最重要的内容。正如West所说:"在固态科学中,晶体缺陷的研究是一个活跃和迅速发展的领域。” 2:[论述题]3-2-1、何谓非化学计量缺陷? 3-2-2、何谓弗仑克尔缺陷? 3-2-3、何谓肖特基缺陷?
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