材料化学第二版(曾兆华版)课后答案11123.pdf

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1、 第一章 1.什么是材料化学？其主要特点是什么？答：材料化学是有关于材料的结构、性质、制备及应用的化学。主要特点：跨学科性，实践性。2.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为其他物质，而材料通常是可重复的、连续的，除了正常的消耗外，它不会不可逆地转化为其他物质。3.观察一只灯泡，列举制造灯泡所需的材料。4.材料按其组成和结构可以分为哪几类？如果按功能和用途对材料分类，能或用途的材料。列举十种不同功 答：（1）金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料 （2）导电材料、绝缘材料、生物医用材料、航天航空材料、能源材料、电子信息材料、感光材料 5.简述材料化学的主要内

2、容。答：结构：原子和分子在不同层次彼此结合的形式、状态和空间分布。特性：材料固有的化学、物理和力学特性。制备：将原子和分子结合在一起，并最终将其转化为有用的产品应用。第二章 1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？特点 键强 形成晶体的特点 无饱和性、无方向性、高配 高熔点、高强度、高硬度、低膨胀 离子键 最强 系数、塑性较差、固态不导电、熔 位数。态离子导电。共价键 有饱和性、有方向性、低配 强 高熔点、高强度、高硬度、低膨胀 位数 系数、塑性较差、在熔态也不导电。电子共有化，可以自由流动；塑性较好、有光泽、良好的导热、金属键 无饱和性、无方向性、配位 较强 导电性。数高 范德华键 无饱和

3、性、无方向性 最弱 氢键 有饱和性、有方向性 弱 3.计算体心立方及六方密堆的的堆积系数。（1）体心立方 4 R 3 a 4 R a 3 单位晶胞原子数 n=2 bcc 2(4 R3/3)2(4 R3/3)0.68 a3 (4R/3)3 （2）六方密堆 c a 8 3 a 2R n=6 6(4 R3/3)6(4 R3/3)hcp 0.74 6c(1 a 3 a)12 8(R 3 )2 2 R 3 R （3）面心立方 4R 2a a 4 R 2 n=4 fcc 4(4 R3 /3)4(4 R3/3)0.74 a3(4R/2)3 10.单质 Mn 有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为 0.63

4、26nm，密度 -3，原子半径 r=0.112nm，计算 Mn 晶胞中有几个原子，其堆积系数为多少？11.固溶体与溶液有何异同？固溶体有几种类型？固体溶液与液体溶液的共同点：均具有均一性、稳定性，均为混合物，均存在溶解性问题（对固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度）；(1)均一性：溶液各处的密度、组成和性质完全一样；(2)稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离；(3)混合物：溶液一定是混合物。固体溶液与液体溶液的不同点：固溶体的溶质和溶剂均以固体形式出现，而液体溶体的溶质 和溶剂均以液体形式出现；固溶体：又称固体溶液，指由一种或多种溶质组元溶入晶态溶剂，并保持溶剂晶格类型所

5、形 成的单相晶态固体。固溶体按固溶度分可两种类型：有限固溶体与无限固溶体；按溶质原子在晶格中的位置可分为置换固溶体与填隙固溶体。12.试述影响置换固溶体的固溶度的因素?答：有原子或离子半径大小，电价，化学键性质，晶体结构等因素。（1）原子或离子半径大小：r r1 r2 1 0%0，r 15%,形成连续固溶体；15%r PE IRPP PVCCR 主链含有苯环的高分子和有共轭双键的高分子柔顺性差。聚苯醚（PPO）聚苯 聚乙炔 （2）杂链高分子和元素高分子：Si-O C-N C-O C-C 硅橡胶 尼龙类 酯类 烯类 侧基侧基的极性、体积和对称性 （1）极性侧基 极性的大小：极性越大，链的柔顺性越

6、小。PAN PVC PP 极性多少：极性基增多，则柔顺性减小。氯化聚乙烯当含氯量小时是一种弹性好的橡胶，随着含氯量的增加，链的柔顺性下降，弹性下降最后变形一种硬质材料。聚乙烯 聚氯乙烯 1,2 聚二氯乙烯 对称性：取代基对称分布时,柔顺性好 聚偏二氯乙烯 聚氯乙烯 （2）非极性侧基 当侧基是柔性时，侧基越长，链的柔性越好。聚甲基丙烯甲酯 聚甲基丙烯乙酯 PP PS 聚乙烯基咔唑 当侧基对称时 ,柔顺性增加.PP 聚甲醛 23.什么是液晶聚合物？高分子液晶有哪几种结构类型？兼具晶体的光学性质和液体流动性质，是某些物质在熔融态或在溶液状态下所形成的有序流 体的总称 液晶是介于完全有序晶体与 各向同

7、性 液体之间的一种中间状态，确切地说，它是一种取向有序的流体，它既有液体的易流动性，又有晶体双折射 各向异性 的特性。按液晶形成的方式和性能分类 a、溶致性液晶：在溶液中当达到某一临界浓度以上时呈现液晶性能 聚对苯二甲酰对苯二胺(Kevlar)聚对苯酰胺 聚对苯撑 苯并噻唑 b.热致性液晶：聚合物加热至熔点以上某一个温度范围呈现液晶性能。液晶的 物理结构 主要是指分子在空间的排列状态。高分子液晶与小分子液晶一样，也可以呈 现三种不同的聚集状态，即向列型、近晶型和胆甾型液晶态。第四章 4.埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但是反应 C+O 2 CO2 的斜率为 0，反应 2C+O2=2CO 的斜

8、率为负，请解释原因。G0=H0-TS0 G0 与温度 T 关系式的斜率为-S0 C（s）+O 2（g）CO2（g）氧化过程气体数目不变，则 S0=0,（-S0）=0，斜率为零。2C（s）+O2（g）=2CO（g）氧化过程气体数目增加，则 S00,（-S0）0,（-S0）0，斜率为负。4.解释铝材为何不易生锈，铁容易生锈，谈谈化学腐蚀和电化学腐蚀各自的特点及机理。5.简述鲍林规则(5 条)（1）.配位多面体规则，其内容是：“在 离子晶体 中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的 配位数 取决于离子半径比。”（2）电价规则 指出：“在一个稳定的离子晶体结

9、构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于 相邻正离子分配给这个负离子的 静电键强度 的总和，其偏差 1/4 价”。静电键强度 S=正离子 数 Z+/正离子配位数 n ，则负离子电荷数 Z=Si=(Zi+/ni)。（3）多面体共顶、共棱、共面规则 ，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用 面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。（4）不同配位 多面体 连接规则，其内容是：“若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电 价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。（5）节约规则，其内容是：“在同一晶体中，组成不同的结构基元的数目趋向于最少”。6.

10、简述高岭石和滑石结构的异同点。7.什么是正火？什么是退火？两者特点和用途有何不同？退火是将钢件加热到 Ac1 或 Ac3 以上（3050），保温一段时间，然后再缓慢的冷却（一般用炉冷）。正火是将钢件加热到 Ac3 或 Acm 以上（3050），保温一段时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火稍快。退火与正火的主要区别是：正火是完全退火的一种变态或特例，二者仅是冷却速度不同，通常退火是随炉冷而正火是在空气中冷却，正火既适用于亚共析钢也适用于过共板钢，对于共析钢，正火一般用于消除网状碳化物；对于亚共析钢，正火的目的与退火基本相同，主要是细化晶粒，消除组织中的缺陷，但正火组织中珠光体片较退火者细，且亚共析钢中珠光数量多铁素体数量少，因此，经正火后钢的硬度、强度均较退火的高，由此可知，在生产实践中，钢中有网状渗碳体的材 料需先经正火消除后方可使用其他工艺，而对热处理后有性能要求的材料，则据要求的不同 及钢种不同选择退火工艺，如：要求热处理后有一定的强度、硬度，可选择正火工艺；要求有一定的塑性，尽量降低强度、硬度的则应选择退火工艺。8.简述杨氏方程对润湿现象的热力学判据（自己附图）9.高炉生产的原料有哪些？并写出炉内反应方程式。10.晶体和非晶体有哪些区别？11.