材料化学课后习题答案.docx
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材料化学课后习题答案
材料化学课后习题答案
【篇一：
材料化学课后题答案】
ass=txt>二．应用化学专业1166129108
三．什么是纳米材料？
四．试阐述纳米效应及其对纳米材料性质的影响？
答：
1.小尺寸效应；使纳米材料较宏观块体材料熔点有显著降低，并使纳米材料呈现出全
新的声，光，电磁和热力学特性。
2.表面与界面效应；使纳米颗粒表面具有很高的活性和极强的吸附性。
3.量子尺寸效应；使纳米微粒的磁，光，热，电以及超导电性与宏观特性有着显著不
同。
4.宏观量子隧道效应；使纳米电子器件不能无限制缩小，即存在微型化的极限。
三．纳米材料的制备方法？
答：
1.将宏观材料分裂成纳米颗粒。
2.通过原子，分子，离子等微观粒子聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维
持在纳米尺寸。
四．1．玻璃体：
冷却过程中粘度逐渐增大，并硬化形成不结晶且没有固定的化学组成硅酸
盐材料。
2.陶瓷：
凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的黏土为原料经过配料，成型，干燥，焙烧等工
艺流程制成的器物都可叫陶瓷。
3.p-型半导体：
参杂元素的价电子小于纯元素的价电子的半导体。
4.黑色金属：
是指铁，铬，锰金属及它们的合金。
5.有色金属:
除铁，铬，锰以外的金属称为有色金属。
6.金属固溶体：
一种金属进入到另一种金属的晶格内，对外表现的是溶剂的晶格类型的合金。
7.超导体：
具有超低温下失去电阻性质的物质。
五．1．简述传统陶瓷制造的主要原料？
答：
黏土，长石，石英矿是制造传统陶瓷的主要原料。
2.陶瓷是否一定含有玻璃相？
答：
并非所有的陶瓷材料都含有玻璃相，某些非氧特种陶瓷材料可以近乎100%的晶
相形式存在。
3.试讨论超导体性质的形成原理及超导状态时所表现出来的特殊现象？
答：
电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这种相互作用
是产生超导电子对的原因。
温度越低所产生的这种电子对越多，超导电子对不能相互独立地
运动，只能以关联的形式做集体运动。
于是整个空间范围内的所有电子对在动量上彼此关联
成为有序的整体，超导电子对运动时，不像正常电子那样被晶体缺陷和晶格振动散射而产生
电阻，从而呈现无电阻的超导现象。
物质处于超导状态时会表现出电阻消失和完全抗磁性现
象。
4.简述形状记忆合金原理？
答：
所谓纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料，或由它们作为基本单元构成的材料。
答：
形状记忆合金的形状记忆效应源于某些特殊结构的合金在特定温度下发生马氏体相-奥氏体相组织结构相互转换。
热金属降温过程中，面心立方的奥氏体相逐渐变成体心立方或体心四方结构的马氏体相，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升，它又会减少，已完全相反的过程消失。
5.介绍储氢合金类别，并说明其储氢，释氢化学过程？
答：
类别；主要有钛系储氢合金，锆系储氢合金，铁系储氢合金及稀土系储氢合金。
化学过程；金属储氢材料中一个金属原子能与两个，三个甚至更多氢原子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热量。
等将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收的氢释放出来，同时吸收热量。
6.一般金属材料是否为单晶态金属结构？
答：
不是，金属材料一般为多晶体材料，多晶体材料是指整块金属材料包含着许多小晶体，每个小晶体的晶格位相是一致的，而各小晶体之间彼此方位不同。
六．1.提拉法中控制晶体品质的主要因素有哪些？
答：
固液界面的温度梯度，生长速率，晶转速率以及溶体的流体效应。
2.单晶硅棒和厚度为1微米的薄膜分别可用什么方法制备？
答：
提拉法，真空蒸镀法。
3.液相外延法和气相沉淀法都可以制备薄膜，如果要制备纳米厚度薄膜，应该采用哪种方法？
答：
气相沉淀法；气相沉淀法制得的薄膜厚度可由数百埃至数微米，而液相外延法，由于薄膜生长速率较快，难得到纳米厚度的外延材料。
4.cvd法（化学气相沉淀法）沉积sio2可通过那些反应实现？
写出相关化学方程式？
答：
烷氧化物热分解；
氧化反应；
水解反应；
5.用什么方法可以对cu和cu2o进行分离，
写出相关化学方程式？
答：
利用做运输气体可以对cu和cu2o进行分离；
由于从cu2o生成cucl为放热反应，而从cu生成cucl为吸热反应，因此cu2o在较高温度处沉积，而cu则在较低温度处沉积。
6.溶胶--凝胶法制备纤维材料，应采用怎样的条件较合适？
7.怎样用均匀沉淀法合成硫化锌颗粒，写出相关化学方程式？
8.有两种活化能分别为q1=83.7kj/mol和q2=251kj/mol的扩散反应，观察在温度从25摄氏度升高到600摄氏度时对两种扩散反应的影响，并对结果作出评述？
答：
温度从25摄氏度升高到600摄氏度的过程中，两种扩散反应的速率均增大，且q2=251kj/mol的扩散反应速率增加的更快。
结论；温度变化对活化能大的反应的速率影响
更大。
9.简述固相反应的影响因素？
答：
反应物化学组成与结构；反应物颗粒尺寸及分布；反应温度，压力与气氛；是否有矿化剂。
10.简述自蔓延高温合成法的原理？
答;外部热源将原料粉或预先压制成一定密度的坯件进行局部或整体加热，当温度达到点燃温度时，撤掉外部热源，利用原料颗粒发生的固体与固体反应或固体与气体反应放出的大量反应热，使反应得以继续进行，最后所有原料反应完毕原位生成所需材料。
七1．用固体能带理论说明什么是导体，半导体，绝缘体？
答：
导体；价带是未满带或价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带。
半导体；价带是满带，价带与空带之间存在禁带，禁带宽度在0.1~3ev。
绝缘体；价带是满带，价带与空带之间存在禁带，禁带宽度大于5ev。
2.有一长为5m,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？
3.是解释为何铝不易生锈，而铁则较易生锈？
答：
铝是一种较活泼的金属，很容易与空气中的氧气发生反应，但快速生成的氧化膜很致密，氧分子不能穿过氧化膜，阻止了金属进一步被氧化。
而铁在空气中易与环境中的氧气水和二氧化碳反应发生电化学锈蚀，因此铁较易被氧化。
4.为什么碱式滴定管不采用玻璃活塞？
答：
因为玻璃的主要成分是二氧化硅，二氧化硅可与碱反应生成硅酸盐，阻塞滴定管。
5.何种结构的材料具有高硬度，如何提高金属的硬度？
答：
原子之间以共价键和离子键结合的材料具有较高硬度如金刚石；金属材料的硬度主要受金属晶体结构的影响，形成固熔体或合金可显著提高金属材料的硬度。
6.什么是材料的疲劳，有哪些指标反应材料的疲劳性能？
答：
材料疲劳是指材料在循环受力下，某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象；应力水平和疲劳寿命反应材料的疲劳性能。
7.热膨胀受什么因素影响，试用势能图进行解释？
答：
材料原子间键合力的强弱；材料的组织结构。
8.压电体有什么用途？
答：
压电体可以把应力转化成容易测量的电压值，因此压电体可用于制造压力传感器；对压电体薄膜施加交变电流，则薄膜产生振动并发出声音，因此压电体可用于制作音频发生器。
八．1.固溶体与溶液有何异同，固溶体有几种类型？
答：
相同点；固溶体可看成是晶态固体下的溶液，由溶质和溶剂组成，为多组元体系。
和溶液一样固溶体中溶质含量可在一定范围内变动，存在一定的溶解性。
不同点；固溶体组元间以原子尺度相混合，所以固溶体一定是均相的。
而溶液，若组元间能够互溶则为均相，不能互溶则为多相。
固溶体是固体，溶液是流体可以流动。
2.试阐述影响置换型
固溶体的固溶度的因素？
答：
原子或离子尺寸差；要形成置换型固溶体，必要条件是溶质与溶剂的原子或离子半径相近。
电价因素；对于离子置换型固溶体，需满足两种固体的离子价相同或同号离子的离子价总和相同。
键性影响；化学键性质相似，取代前后离子周围离子间键性相近，容易形成置换型固溶体。
晶体结构因素；形成置换型固溶体的另一个必要条件是晶体结构类型相同。
3.说明为什么只有置换型固溶体的两个组分之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则不能？
答：
置换型固溶体，溶质与溶剂的原子或离子半径相近，离子价相同，化学键性质相似，晶体结构类型相同，所以置换型固溶体两组分间可以完全互溶，是一种无限固溶体；填隙型固溶体，由于晶体中的空隙有限，能填入的异质原子或离子的数目也有限，所以填隙型固溶体两组分间不能完全互溶，是一种有限固溶体。
九．1.什么是材料化学，其主要特点是什么？
答：
材料化学是材料科学与化学结合的产物，它是关于材料的结构，性能，制备和应用的化学。
特点；跨学科性，实践性。
2.新石器时代的标志是什么？
答：
陶器和农业的出现。
3.什么是材料，材料与试剂的主要区别是什么?
答：
材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质
材料是具有使其能够用于机械，结构，设备和产品的性质的物质。
材料与化学试剂不同，后者在使用过程中常常被消耗并转化为别的物质，而材料一般可重复，持续使用除了正常的损耗外它不会不可逆的转化为别的物质。
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，复合材料。
5.材料按尺度角度可分为哪几类？
答：
一维材料纤维、晶须等.,二维材料薄膜、涂层等,三维材料,块体材料
6.我国对材料怎样分类？
答：
金属材料，非金属材料，合成材料，复合材料，功能材料。
7.材料的发展历程？
答：
天然材料---烧炼材料---合成材料---可设计材料---智能材料。
8.晶体，非晶体，液晶之间的区别？
答：
本质区别：
晶体具有长程有序的点阵结构，且也有短程有序的点阵结构；非晶体具有短程有序的点阵结构而无长程有序的点阵结构；液晶具有长程有序的点阵结构而无短程有序的点阵结构。
宏观区别：
晶体在宏观上具有规则的几何外形，晶面角恒定，有固定的溶沸点，和
物理性质的各向异性；非晶体无规则的几何外形，无固定的溶沸点以及物理性质上的各向同性。
9.什么是理想晶体？
答：
理想晶体是由全同的称为基元的结构单元在空间无限重复而构成。
10.液体如何形成晶体，和非晶体？
答：
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。
【篇二：
材料化学-习题解答】
：
（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。
其物理意义。
化学式
聚乙烯醇聚氯乙烯聚偏二氯乙烯
2.525.14.7链周期
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：
1
2
*
1
2
*
1
2
*
2
2
2
1/2
得d＝[（0.31-0）a+（0.31-0）a+（0-0）c]
*
*
*
2221/2
＝0.312
*
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空缺，另有两个ni被两个ni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时该晶体中ni与ni的离子数之比。
解：
设晶体中ni的离子数为a，ni的离子数为b。
根据题意：
3+
2+
3+
2+
0.97
2+2+3+
o
答：
该晶体中ni与ni的离子数之比为6：
91。
（a）计算fex0的面心立方晶胞参数。
（b）求x值。
（c）计算fe和fe各占总铁质量的质量分数。
（d）写出表明铁的价态的化学式。
2+
3+
3
3+2+
解：
（a）
（c）设0.92mol铁中fe的摩尔数为y，则fe的摩尔数为（0.92-y），根据正负离子电荷平衡原则可得：
2+3+
即fe和fe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：
2+
3+
（d）富士体氧化铁的化学式为。
2+
3+
（a）计算nixo的立方晶胞参数；
（b）算出x值，写出标明ni的价态的化学式。
（c）在nixo晶体中，o堆积方式怎样？
ni在此堆积中占据哪种空隙？
占有率（即占有分数）是多少？
（d）在nixo晶体中，ni-ni间最短距离是多少？
解：
（a）nixo的立方晶胞参数为：
2-
（b）因为nixo晶体为nacl型结构，可得摩尔质量m：
而nixo的摩尔质量又可以表示为：
由此解得：
x=0.92。
设0.92mol镍中有ymolni，则有（0.92-y）molni。
根据正负离子电荷平衡原则，
2+
3+
有：
2y+3（0.92-y）=2
y=0.760.92-0.76=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-的堆积方式与nacl中的cl的堆积方
2-
-
式相同，即为立方最密堆积。
镍离子占据由o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：
2-
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型和a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。
1
3
【篇三：
材料化学第二版李奇李光巨主编课后习题答案精选】
p>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）（b）（c）（d）
（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。
9.什么叫晶面指标，标出下图所示点阵单位中各阴影面的晶面指标。
答：
晶面指标（hkl）是平面点阵面在三个晶轴上的倒易截数之比，它是用来标
记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的取向关系的参数。
（001）（110）
（111）（011）
（111）（101）
12、什么是晶体衍射的两个要素?
它们与晶体结构有何对应关系？
晶体衍射两要
素在衍射图上有何反映?
答：
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
晶胞内原子种类和位置
衍射强度衍射点（线）的黑度、宽度峰的高度、高度
13、阐明劳埃方程各符号的物理意义，并说明为何摄取劳埃图时需用白色射线，
而在用单色特征射线摄取单晶回转图时，需使晶体沿一晶轴旋转？
a，b，c为空间点阵中三个互不平行的基本向量的大小
h，k，l为一组整数，称为衍射指标，分别表示在三个晶轴方向上波程差所含
的波数
这个关系连同劳埃方程共有4个方程，联系3个未知变量，一般得不到确定解。
欲得确定解，即欲得衍射图，必须增加变数。
两中途径可达到此目的：
一是晶
发生变化，摄取劳埃图的劳埃照相法就是采用此法；二是采用单色x射线而使
16.laue方程和bragg方程解决什么问题，它们在实质上是否相同？
答：
p44-49，晶体x射线衍射的方向问题，实质同
第二章
2、已知氧化铁fex0（富士体）为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，x
原子质量为55.85）。
（a）计算fex0的面心立方晶胞参数。
（b）求x值。
（c）计算fe2+和fe3+各占总铁质量的质量分数。
（d）写出表明铁的价态的化学式。
第三章
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
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
3
为多少？
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