南邮材料化学答案-第四章习题答案
材料化学习题答案(完整版)
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P6A.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、 12六方密堆积、 12体心立方堆积 8hc 型堆积 123.2 3SrTiO 为钙钛矿结构,a=3.905A ,计算Sr-O ,Ti-O 键长和3SrTiO 密度。
第4章习题及答案-无机材料科学基础
第四章非晶态结构与性质4-1名词解释熔体与玻璃体分化(解聚)与缩聚网络形成体网络中间体网络改变体桥与非桥氧硼反常现象单键强度晶子学说与无规则网络学说4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。
4-3试用实验方法鉴别晶体2、2玻璃、硅胶和2熔体。
它们的结构有什么不同?4-4 试述石英晶体、石英熔体、2O·22熔体结构和性质上的区别。
4-5影响熔体粘度的因素有哪些?试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。
4-6熔体粘度在727℃时是107·s,在1156℃时是103·s,在什么温度下它是106·s?(用η=A+解之)4-7 2熔体的粘度在1000℃时为1014·s,在1400℃时为107·s。
2玻璃粘滞流动的活化能是多少?上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗?为什么?4-8一种熔体在1300℃的粘度是310 ·s,在800℃是107·s,在1050℃时其粘度为多少?在此温度下急冷能否形成玻璃?4-9试用η=A+(T-T0)方程式,绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘度曲线(η~1)。
两种熔体常数如下:4-10派来克斯()玻璃的粘度在1400℃时是109·s,在840℃是1013·s。
请回答:(1)粘性流动活化能是多少?(2)为了易于成形,玻璃达到105·s的粘度时约要多高的温度?4-11一种玻璃的工作范围是870℃(η=106·s)至1300℃(η=102.5·s),估计它的退火点(η=1012·s)?4-12一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃,它的退火点是544℃,软化点是780℃。
求:(1)这种玻璃粘性流动的活化能;(2)它的工作范围;(3)它的熔融范围。
4-13从以下两种釉式中,你能否判断两者的熔融温度、粘度、表面张力上的差别?说明理由。
材料科学基础习题第四章答案与翻译
4.2 根据本章给出的结构,画出下列链节结构:(1)聚氟乙烯:—CH2—CHF—;(2)聚三氟氯乙烯:—CF2—CFCl—(3)聚乙烯醇:—CH2—CHOH—4.3 计算下列聚合物的链节分子量(1)聚氯乙烯:—CH2—CHCl— : m = 2⨯12.011+2⨯1.008+35.453=61.491g/mol (2)聚对苯二甲酸乙二醇酯:—OCH2-CH2OCOC6H4CO—m = 10⨯12.011+8⨯1.008+4⨯15.999=192.17g/mol(3)聚碳酸酯:m = 16⨯12.011+14⨯1.008+3⨯15.999=254.285g/mol (4)聚二甲硅氧烷:C2H6OSim = 28.086+2⨯12.011+6⨯1.008+3⨯15.999 = 106.153g/mol 4.4 聚丙烯的数均分子量为1,000,000 g/mol,计算其数均聚合度。
答:链节为—CH3CH—CH2—,其分子量:m = 3⨯12.011+6⨯1.008=42.081 g/mol4.5 (a) 计算聚苯乙烯链节的分子量答:链节为-CHC6H5-CH2-,分子量:m = 8⨯12.011+8⨯1.008=104.152(b) 计算重均聚合度为25000的聚苯乙烯的重均分子量答:= 25000⨯104.152 g/mol = 2603800 g/mol4.6 下表列出了聚丙烯的分子量,计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 数均聚合度(d) 重均聚合度分子量分布x i w i(g/mol)8,000-16,000 0.05 0.0216,000-24,000 0.16 0.1024,000-32,000 0.24 0.2032,000-40,000 0.28 0.3040,000-48,000 0.20 0.2748,000-56,000 0.07 0.21答:(a)= 0.05⨯12000+0.16⨯20000+0.24⨯28000+0.28⨯36000+0.20⨯44000+0.07⨯52000 = 600+3200+6720+10080+8800+3640 = 33040 (g/mol)(b)= 0.02⨯12000+0.1⨯20000+0.20⨯28000+0.30⨯36000+0.27⨯44000+0.21⨯52000 = 240+2000+5600+10800+11880+10920 = 41440 (g/mol)(c)聚丙烯链节的分子量:m = 42.081 g/mol(d)4.7 下表列出了某聚合物的分子量分布。
材料化学课后题答案
试述影响置换型固溶体的固溶度的因素
(1)原子或离子尺寸的影响
当 固溶体;
r
r
r1 r2 0.15 r1
时,溶质与溶剂之间可以形成连续
时,溶质与溶剂之间只能形成
Hume-Rothery经验规则
当 有限型固溶体;
r r1 r2 30% r1
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热膨胀受什么因素影响?试用势能图说明
热膨胀主要受到键强的影响,键强越强,热膨胀越弱。 此外,组织结构也对热膨胀有影响。结构紧密的固体, 膨胀系数大。
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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 Gm=2100-6.95T, 求熔点
到熔点时Gm=0
2100 T= =302.2K 6.95
(b)20%B (c)25%B
(d)WL/Wα=(Cα-C0)/(C0-CL) =(80%B-50%B)/(50%B-40%B) =3/1 所以液体占25%,固体占75%
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黑色金属:铁、钴、锰金属及它们的合金 有色金属:除铁、钴、锰之外的金属 奥式体: 碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体
马氏体:
x=1,y=-1,z= 1/2 故为(1,-1, 1/2 ),即为(1,1,2)
-
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用固体能带理论说明什么是导体、半导体、 绝缘体?
满带:充满电子的能带
空带:部分充满或全空的能带
2.1.3.5 Electrical property
价带:价电子填充的能带
导带
禁带:导带及满带之间的空隙
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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。
材料化学习题答案
材料化学习题答案材料化学是一门研究材料的化学组成、结构、性质及其应用的学科。
在解决材料化学习题时,通常需要对材料的物理化学性质、合成方法、表征手段以及应用领域有深入的了解。
以下是一些材料化学习题的答案示例:习题一:简述材料化学中的“相”的概念。
答案:在材料化学中,“相”指的是在宏观尺度上具有相同化学组成和物理性质的区域。
一个材料可以包含一个或多个相。
相的区分通常基于化学组成、晶体结构、相界面以及相的物理性质。
例如,在合金中,不同的金属元素可以形成不同的相,如固溶体、沉淀相等。
习题二:解释什么是纳米材料,并举例说明其应用。
答案:纳米材料是指至少在一个维度上具有纳米尺度(1-100纳米)的材料。
这类材料因其独特的尺寸效应而展现出与宏观材料不同的性质,如高比表面积、量子效应等。
纳米材料的应用非常广泛,包括纳米电子器件、药物输送系统、催化剂、能源存储设备等。
习题三:描述材料的表征方法,并举例说明。
答案:材料的表征方法包括但不限于X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱(IR)和核磁共振(NMR)。
例如,XRD用于确定材料的晶体结构和相组成;SEM和TEM用于观察材料的表面形貌和微观结构;AFM用于测量材料表面的粗糙度和局部性质;IR和NMR则用于分析材料的化学组成和分子结构。
习题四:简述材料的合成方法之一——溶胶-凝胶法,并说明其优势。
答案:溶胶-凝胶法是一种从溶液到固体的合成方法,通常涉及金属醇盐的水解和聚合过程。
这种方法的优势在于可以在较低的温度下制备材料,从而减少热处理对材料性质的影响;同时,溶胶-凝胶法可以精确控制材料的化学组成和微观结构,适用于制备薄膜、纤维和粉末等不同形态的材料。
习题五:讨论材料的环境友好性,并举例说明。
答案:材料的环境友好性指的是在材料的整个生命周期中,从生产、使用到废弃处理,对环境的影响尽可能小。
例如,生物降解材料可以在一定时间内自然分解,减少环境污染;绿色建筑材料如绿色混凝土,通过使用工业废料作为骨料,减少了对自然资源的开采和对环境的破坏。
材料化学课后习习题答案
材料化学课后习习题答案欢迎阅读材料化学课后习题答案P 42 :四(1)(2)(3)P 69 :⼆、三(1)(2)P 90 : 5S*(完p T3.偏摩尔吉布斯函数⼜称化学势,定义为 ,,CB B B T p n G G n µ== ? 。
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σ⾦属键 >σ离⼦键 >σ极性共价键 >σ⾮极性共价键。
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。
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CaCO 3(s)=CaO(s)+CO 2(g)的ΔrGm Θ,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。
材料化学第四章习题参考答案
2.C在高温下可作为金属氧化物还原剂的原因:据反应方程式2C(s) + O2(g) → 2CO(g)知,1mol氧气生成2mol一氧化碳气体,熵变ΔS 增加,导致埃灵罕姆图中CO生成线的斜率-ΔS<0,即是一条从左向右向下倾斜的直线,这表明, 随温度升高,ΔGΘ负值增大,CO稳定性增大,C还原性大大增加, 从图中可以看出,只要温度足够高,这条线在所有金属氧化物的下方.因此,在高温下,可用作金属氧化物的还原剂.3. (a)对任何反应:ΔG=0代表反应在恒温恒压下,反应在某非标状态下达平衡状态.ΔGΘ=0表示反应在标准状态下,达平衡状态.标准态: 指参与反应的各气体的标准压力为100 kPa.(b) ΔGΘ>0表明在标准状态下, 反应不能向右进行, 如果改变反应条件,反应是可以向右进行的, 因此这一说法是偏面的或不正确的.4. 由反应C(s) + O2(g) → CO2(g)知,1mol氧气生成1mol二氧化碳气体,反应前后分子数不变, 即熵变ΔS变化很小, 因此埃灵罕姆图中CO2生成线为平行于横坐标的一条直线; 对于生成CO的反应: 2C(s) + O2(g) → 2CO(g),1mol氧气生成2mol一氧化碳气体,熵变增加即ΔS>0,CO生成线的斜率:-ΔS<0,因而在埃灵罕姆图中是一条从左向右向下倾斜的直线.5. Ca, Mg, Li, Al, Ti6 f=c-p+2 中的2代表温度和压力这两个变量, 对于材料化学中的材料, 主要指固体材料,属凝聚态体系, 压力对其影响较小, 因此压力常可忽略不计, 因此f=c-p+2 中的2可改为1.78(a) 固溶体α(B 原子溶入A 基体中形成的固溶体), 含B 80% (b) 合金成分: 含B 20%的合金;(c) 最后凝固的液体成分: 含B 30%;(d) 据题意有: C 0 = 50% C l = 40% C α= 80%3%40%50%50%80=--=αW W l , %;75=l W %25=αW。
材料化学第二版(曾兆华版)课后答案
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,列举十种不同功能或用途的材料。
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3.计算体心立方及六方密堆的的堆积系数。
(1)体心立方单位晶胞原子数 n = 274.0)2/4()3/4(4)3/4(4=3333fcc ==R R aR ππξ10. 单质Mn有一种同素异构体为立方结构,其晶胞参数为,密度= g cm-3,原子半径r = ,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。
材料化学 化工大学课后习题答案
材料化学化工大学课后习题答案第一章1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系?答: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、什么是同质多晶?什么是类质同晶?一些组成固定的化合物,于其内部微粒可以以不同的方式堆积,因而产生不同种类的晶体,我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。
在两个或多个化合物中,如果化学式相似,晶体结构形式相同,并能互相置换的现象,我们称之为类质同晶现象。
3、产生晶体缺陷的原因是什么?晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如何?答:晶体产生缺陷的原因主要有:实际晶体中的微粒总是有限的;存在着表面效应;存在着表面效应;粒子热运动;存在着杂质。
在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱,对晶体的生长,晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响,在生产和科研中非常重要,是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。
第二章1、晶体的结构特性是什么?这些特性是什么原因引起的?晶体的均匀性:晶体的均匀性是焓因素决定的;非晶体的均匀性是熵因素引起的。
晶体的各向异性:于晶体在各个方向上的点阵向量不同,导致了晶体在不同方向上具有不同的物理性质晶体的自范性:在适宜的外界条件下,晶体能自发生长出晶面,晶棱等几何元素所转成的凸多面体,晶体的这一性质即为晶体的自范性。
材料化学习题 答案
材料化学习题答案
标题:材料化学习题答案
材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科,它对于现代工业和科学技术的发展起着至关重要的作用。
在学习材料化学的过程中,我们经常会遇到各种各样的习题,下面就来看一些典型的材料化学习题答案。
1. 问题:什么是金属的晶体结构?
答案:金属的晶体结构是由金属原子通过离子键或金属键结合而成的。
金属的晶体结构通常呈现出紧密堆积的排列方式,具有高度的结构稳定性和导电性。
2. 问题:聚合物的结构特点是什么?
答案:聚合物是由大量重复单元组成的高分子化合物,其结构特点是具有长链状的分子结构,通常呈现出柔软、韧性和可塑性等特点。
3. 问题:介绍一下复合材料的种类和应用领域。
答案:复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料,种类包括纤维增强复合材料、层合板、复合薄膜等。
复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域有着广泛的应用。
4. 问题:解释一下半导体的导电特性。
答案:半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料,其导电特性受温度和施加电场的影响较大。
在室温下,半导体通常呈现出较低的导电性,但在特定条件下可以呈现出较高的导电性,因此被广泛应用于电子器件中。
通过对这些典型的材料化学习题答案的了解,我们可以更加深入地理解材料化学的基本原理和应用。
希望大家在学习材料化学的过程中能够加深对材料结构和性能的理解,为未来的科学研究和工程技术发展做出更大的贡献。
材料化学第二版课后答案
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,列举十种不同功能或用途的材料。
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键形成晶体的特高熔点、高强度、高硬度、低膨无饱和性、无方向性、高最系数、塑性较差、固态不导电、离子位数态离子导电高熔点、高强度、高硬度、低膨有饱和性、有方向性、低共价在熔态也不导电系数塑性较差位可以自由流动电子共有化塑性较好、有光泽、良好的导热较金属无饱和性、无方向性、配位导电性。
数高范德华键无饱和性、无方向性最弱有饱和性、有方向性氢键弱4RaaR?34??3计算体心立方及六方密堆的的堆积系数。
3.(1)体心立方33RR??/(42(43)2/3)??0.68=?bcc3a3R)/(43 n = 2单位晶胞原子数ca8?3aR2?(2)六方密堆33R?R?/36/3)6(4(4)??=?0.74hcp831RcaRaR)6(12?)?(3n=63224RaaR?24??2(3)面心立方33R??R/343/)(4)(44?74?=.0?fcc3a3R)2/4(n=4.10. ,原= gcm-3单质Mn有一种同素异构体为立方结构,其晶胞参数为,密度Mnr = 子半径,计算晶胞中有几个原子,其堆积系数为多少固溶体与溶液有何异同固溶体有几种类型11.(对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,均存在溶解性问题固态溶液称为固溶度,对液体溶液称为溶解度);均一性:溶液各处的密度、组成和性质完全一样;(1) 稳定性:温度不变,溶剂量不变时,溶质和溶剂长期不会分离;(2) (3)混合物:溶液一定是混合物。
材料化学第四章课后答案李奇陈光巨编写
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 K ΔH 分解 Y Cl 数值/kJ ·mol -1-43584418243-368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 mπε+-=-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)2m =+=9 1001628314 3.14102R pm pm m -=⨯==⨯所以7101.389410 1.748111(1)(/)687.5/3.14109U 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 mπε+-=-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=2.79×10-10m Z +=Z -=1m=(7+9)/2=8所以7101.389410 1.748111(1)(/)761.7/2.79108U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯对于MgO,R=210pm=2.10×10-10m Z+=Z-=2m=(7+7)/2=7所以7101.389410 1.748221(1)(/)3965.2/2.10107U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯参考:晶格能的大小,可以表示离子键的强弱。
普通化学-第四章习题解答
第四章电化学与金属腐蚀-----习题解答4-2. 选择题: (1)b; (2) b; (3) b; (4) a,b4-4. 答(1)正极: Fe2+ (aq) + 2e =Fe (s)负极: Zn (s) - 2e =Zn2+ (aq);(2)正极: Fe3+ (aq) + e =Fe2+ (aq)负极: 2I- (aq) - 2e =I2 (s);.(3)正极: Sn4+ (aq) + e =Sn2+ (aq)负极: Ni (s) - 2e =Ni2+ (aq);(4)正极: MnO4- (aq) + 8H + 5e =Mn2+ (aq) + 4H2O负极: Fe2+ (aq) - e =Fe3+ (aq);4-7. 解(1) (-) Sn ∣ Sn2+ (aq, 0.0100 mol·dm-3) ¦¦ Pb2+ (aq, 1.00 mol·dm-3) ∣ Pb (+)E = ϕөPb2+/Pb - ϕөSn2+/Sn + (RT/nF)ln(C Pb2+/Cө)/(C Sn2+/Cө) = (-0.126 – (-0.138)) +(0.0592/2)log(1/0.0100) = 0.0712 V正极: Pb2+ (aq) + 2e =Pb (s)负极: Sn (s) - 2e =Sn2+ (aq);总反应式: Pb2+ (aq) + Sn (s) =Pb (s) + Sn2+ (aq)(2) (-) Pb ∣ Pb2+ (aq, 1.00 mol·dm-3) ¦¦ Sn2+ (aq, 0.0100 mol·dm-3) ∣ Sn (+)E = ϕө Sn2+/Sn - ϕөPb2+/Pb + (RT/nF)ln(C Sn2+/Cө)/ (C Pb2+/Cө) = (-0.138 – (-0.126)) +(0.0592/2)log(1/0.100) = 0.018 V正极: Sn (s)+ 2e =Sn2+ (aq)负极: Pb2+ (aq) - 2e =Pb (s);总反应式: Pb (s) + Sn2+ (aq) =Pb2+ (aq) + Sn (s)4-9. 解2Fe3+ (aq) + 2I- (aq) =2Fe2+ (aq) + I2 (s)(1)Eө = ϕө Fe3+/ Fe2+ - ϕө I2/ I_ = 0.775 – 0.535 = 0.236(2) (-) Pt ∣ I2 (s) ∣ I- (aq, 1 mol·dm-3) ¦¦ Fe3+ (aq, 1 mol·dm-3), Fe2+ (aq, 1 mol·dm-3) ∣ Pt (+) (2)ΔGө = - nFEө = -2×96485×0.236 / 1000 (KJ) = -45.5 KJ(4) E = Eө + (RT)/nF ln(C Fe3+/Cө)(C I-/Cө)/ (C Fe2+/Cө) = 0.0236 + (0.0592/2)log (10-2)2/(10)2 =0.0584 V4-10解已知: 2MnO4-(aq) + 16H+(aq) + 10Cl-(aq) ===== 2Mn2+(aq) + 5Cl2(g) + 8H2O(l)正极为: MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5e- ===== Mn2+(aq) + 4H2O负极为2Cl-(aq) ==== Cl2(g) + 2epH = 5.0 时:ϕ MnO4-/Mn2+ = ϕө MnO4-/Mn2+ + (RT/nF)ln[(C MnO4-/Cө) (C H+/Cө)8]/ (Mn2+/Cө) = 1.033 VϕCl2/Cl- = ϕөCl2/Cl- = 1.358 VE = ϕ MnO4-/Mn2+ - ϕCl2/Cl- < 0因此这个反应正向不能进行或逆向自发进行4-11. 解2H+ (aq) + Ni (s) ===== H2 (g) + Ni2+(aq)根据题意: E = ϕө H+/H2 - ϕөNi2+/Ni + (RT/nF)ln(C H+/Cө)2/ [(C Ni2+/Cө) (P H2/Pө)] = 0.315 V0 - ϕөNi2+/Ni + (0.0592/2)log1/[0.01×1] = 0.315 VϕөNi2+/Ni = -0.256 V4-14. 解(1) Cr2O72- (aq) + 14H+ (aq) + 6Br- (aq) ==== 2Cr3+ (aq) + 3Br2 (l) + 7H2O(l) Cr2O72- + 14H+ (aq) + 6e ====== 2Cr3+ (aq)Br2 (l) + 2e ===== 2Br-(aq)E = ϕө Cr2O72-/Cr3+ - ϕөBr2/Br- + (RT/nF)ln[(C Cr2O72-/Cө) (C H+/Cө)14 (C Br-/Cө)6]/ (C Cr3+/Cө)2= 1.232 – 1.066 + (0.0592/6) log (10-4)14 = -0.387 V < 0或ϕ Cr2O72-/Cr3+ = ϕө Cr2O72-/Cr3+ + (RT/nF)ln[(C Cr2O72-/Cө) (C H+/Cө)14]/ (C Cr3+/Cө)2= 0.680 VϕBr2/Br- = ϕөBr2/Br- = 1.066 VE = ϕ Cr2O72-/Cr3+ - ϕBr2/Br- < 0因此反应不能正向自发进行.4-16. 解Co (s) + Cl2 (g) ===== 2Cl- (aq) + Co2+ (aq)(1) E = ϕө Cl2/Cl- - ϕөCo2+/Co= 1.64 V求得ϕөCo2+/Co = -0.28 V(2) 由于Eө = 1.64 V > 0, 因此反应正向自发进行(3)从电池电动势计算公式看出:E = ϕө Cl2/Cl- - ϕөCo2+/Co + (RT/nF)ln (P Cl2/Pө)/ [(C Co2+/Cө) (C Cl-/Cө)2]电池电动势与Cl2压力成正比, 氯气压力增大, 电池电动势增大: 氯气压力减小, 电池电动势减小.(4)从电池电动势计算公式看出:E = ϕө Cl2/Cl- - ϕөCo2+/Co + (RT/nF)ln(P Cl2/Pө)/[(C Co2+/Cө) (C Cl-/Cө)]电池电动势与Co2+浓度成反比, Co2+浓度减小, 电池电动势增大.当Co2+浓度从1 mol·dm-3减小到0.0100 mol·dm-3时, 电池电动势变化值为ΔE = 0.0592/2×log (1/ 0.0100) = 0.0592 VE = 1.64 + 0.0592 = 1.704-18. 解Cu(s) +2Fe3+ (aq) ==== Cu2+ (aq) + 2Fe2+ (aq)(-) Cu ∣ Cu2+ (aq, C1) ¦¦ Fe3+ (aq, C2), Fe2+ (aq, C3) ∣ Pt (+)log K = n△E/0.059 = 2×(0.771 – 0.342)÷0.0592 = 14.5或者:ln K = nF△E/RT = 2×96485(0.771 – 0.342)÷(8.314×298.15) = 33.4K = 3.1×10144-22答: 在微酸性水膜中,铁发生吸氧腐蚀,电极反应为:阳极: Fe === Fe2+ (aq) + 2e-阴极: 1/2O2(g) + H2O(l) +2e- ====== 2OH- (aq) 在稀硫酸介质中,铁发生析氢腐蚀,电极反应为: 阳极: Fe === Fe2+ (aq) + 2e-阴极: 2H+ (aq) + 2e- ====== H2 (g)。
大学化学第四章课后题答案
第四章 奇妙的水分子和水资源1. 胶体:分散相粒子的半径通常在10-9—10-7m 溶液:粒子半径小于10-9m 混合物:分散相粒子的半径大于10-7m 2. 可能。
该化合物溶于水的过程是一个放热反应,温度升高有利于溶解。
可能。
该化合物溶于水的过程是一个放热反应,温度升高有利于溶解。
3. 是由于表面张力的存在,而且溶液分子与器壁间的附着力小于液体分子之间的内聚力,细的毛细管内就形成凸液面。
的内聚力,细的毛细管内就形成凸液面。
4. 熵增,因为混乱度增加。
熵增,因为混乱度增加。
5. 溶质分子粒径在1nm 以内;胶体粒径在1—100nm 之间,结晶是形成晶体;胶体凝聚是双电层被破坏。
胶体凝聚是双电层被破坏。
6. 查表得水在15度时的蒸气压为1.705kPa %51%100705.187.0%100)/(=×=×=eq p p RH 7. (1)20100080780.13.35.6,=×−=Δ=•=ΔmT K m K T f f f f (℃·kg ·mol -1) (2)K f 环己烷=20。
K f 苯=5.12。
故环己烷好。
故环己烷好8. ,查表知谁的沸点升高常数是0.512℃·kg ·mol m K T bb =Δ-1。
)(7820512.04.0512.06.991001−•==−=Δ=kg mol K T m b b9. 0p n n n p BA A •+=Δ,查表知谁在25度时的蒸气压为3.167kPa )(1068.8,167.3181001086.61086.69663.0167.3544g x x x ×=•+××=− 10. 查表知水的沸点升高常数为0.512℃·kg ·mol -1,m K T b b =Δ)(9.3512.021−•==Δ=kg mol K T m b b,不是,太咸了。
材料化学课后答案
第二章课后答案14.说明下列符号的含义:Na V :代表钠原子空位;'Na V 代表钠离子格点位置空位,带一个有效负电荷•CL V 代表氯离子格点位置空位,带一个有效正电荷•K Ca 钙离子取代钾离子,进入钾离子格点位置, 带一个有效正电荷Ca Ca 钙离子在钙离子格点位置••i Ca 钙离子在间隙位置,带两个有效正电荷16. 说明为什么只有置换型固溶体的两个组份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:溶质原子代替一部分溶剂原子占据溶剂晶格某些结点位置所组成的固溶体。
间隙型固溶体:溶质原子进入溶剂晶体间隙位置所形成的固溶体。
由于溶剂晶体间隙有限,能填入异质原子或离子的数目也有限,因此间隙型固溶体是有限固溶体。
由于形成置换型固溶体的溶质和溶剂原子要求半径相近(Δr<15% ),结构相近,电荷数相同,成键性质相近,因此溶质原子与溶剂原子可以任意比例互溶,因此一般情况下,属无限固溶体。
19. 试求下图中所示方向的密勒指数:121r rr r -=∆方向A:0,1,11,0,11,1,0[110]-=-⇒方向B:0,1,01,0,11,1,1[111]-=--⇒方向C:11111,0,,1,0,1,[121] 2222-=-⇒方向D:110,1,1,0,01,1,[221] 22-=-⇒方向E:110,0,0,0,1,0,1[102] 22-=--⇒方向F:2110,1,1,0,1,1,[331] 333-=-⇒方向G:1211,,00,,11,,1[616] 236-=--⇒方向H:0,1,00,1,10,0,1[001]-=-⇒第三章思考题参考答案1.用固体能带理论说明什么是导体、半导体和绝缘体?答:按固体能带理论,金属晶体中含有不同的能带(如下图所示):已充满电子的能带叫做满带,其中的电子无法自由流动、跃迁;价电子充满的能带称为价带(VB),对于一价金属,价带是未满带,对于二价金属,价带是满带;在此之上,是能量较高的能带,又称为空带,可以是部分充填电子或全空的;空带在获得电子后可参与导电过程,又称为导带(CB)。
材料化学课后答案李奇陈光巨编写完整版
第一章答案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1.54Å。
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=2×1.54Å×sin(109.5°/2)=2.51Å链周期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 Å,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 Å,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 Å比聚乙烯大的多,而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 Å,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。
第4章习题和答案解析_无机材料科学基础
第四章非晶态结构与性质4-1名词解释熔体与玻璃体分化(解聚)与缩聚网络形成体网络中间体网络改变体桥与非桥氧硼反常现象单键强度晶子学说与无规则网络学说4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。
4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。
它们的结构有什么不同?4-4 试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性质上的区别。
4-5影响熔体粘度的因素有哪些?试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。
4-6熔体粘度在727℃时是107Pa·s,在1156℃时是103Pa·s,在什么温度下它是106Pa·s?(用lnη=A+B/T解之)4-7 SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014Pa·s,在1400℃时为107Pa·s。
SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少?上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗?为什么?4-8一种熔体在1300℃的粘度是310 Pa·s,在800℃是107Pa·s,在1050℃时其粘度为多少?在此温度下急冷能否形成玻璃?4-9试用logη=A+B/(T-T0)方程式,绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘度曲线(logη~1/T)。
两种熔体常数如下:4-10派来克斯(Pyrex)玻璃的粘度在1400℃时是109Pa·s,在840℃是1013Pa·s。
请回答:(1)粘性流动活化能是多少?(2)为了易于成形,玻璃达到105Pa·s的粘度时约要多高的温度?4-11一种玻璃的工作范围是870℃(η=106Pa·s)至1300℃(η=102.5Pa·s),估计它的退火点(η=1012Pa·s)?4-12一种用于密封照明灯的硼硅酸盐玻璃,它的退火点是544℃,软化点是780℃。
求:(1)这种玻璃粘性流动的活化能;(2)它的工作范围;(3)它的熔融范围。
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第四章材料化学热力学Chapter 4 Chemical Thermodynamics of Materials1. 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 om, Csenergy (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 canbe used as a reductant of the metal oxides at high temperature.3.(a )对任何反应,请说明ΔG 和ΔG o 为0的意义;(b )对于“如果反应的ΔG o 是正值,则反应不会如反应式所写的那样向右进行”的说法,谈谈你的观点。
(a) for any reaction, please indicate the significance of ΔG 和ΔG o ; (b) For “if ΔG o of a reaction is positive, the reaction will not go along as the reactive written ”, talk about your opinion.答:(a )对于任何反应,ΔG (吉布斯自由能变化)是描述一个化学反应的驱动力,即可据此判断反应发生的可能性。
根据热力学第二定律可知,“在任何自发变化过程中,自由能总是减少的”。
所以,ΔG 为0说明反应过程处于平衡状态。
而ΔG o 为标准吉布斯自由能变,即物质处于标准状态时((指定温度(273.15 K )和压力(101.325KPa ))的生成自由能。
(b )已知ΔG o =-RTLn K ,若ΔG o 为正值,则Ln K 必需为负值,则K <1,表明反应进行的程度很小。
(a) for any reaction, ΔG (change of Gibbs free energy) is to describe driving force of a chemical reaction, you can judge the possibility of reaction. The second law of thermodynamics shows that the free energy is always reduced in any spontaneous reaction . Therefore, ΔG is 0 indicates that the reaction is in equilibrium. However, ΔG o stands for the standard Gibbs free energy change, that is to say, the material’s free energy of formation in the standard state (273.15 K and 101.325KPa).(b) As is known, ΔG o =-RTLn K , if ΔG o is positive, LnK must be negative, then K <1, indicating that the extent of reaction is very small. 4. 在埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正,但是反应的斜率为0,反应的斜率为负,请解释原因。
In the Ellingham diagrams, slope of the most curves is positive, but the slope of the reaction C(s)+O 2(g)=CO 2(g) is zero, the slope of the reaction 2C(s)+O 2(g)=2CO(g) is negative, please explain the reason.答:对于C 氧化生成CO 2的反应,反应前后气体的分子数不变,因此熵变ΔS 为0,因为-ΔS 代表氧化物生成线的斜率,所以此时,-ΔS 为0,斜率为0。
对于C 氧化生成CO 的反应,反应以后气体分子数增加,即ΔS>0,-ΔS 为负,所以CO 生成线的斜率也为负。
1) For the reaction of C(s)+O 2(g)=CO 2(g), the number of gas molecules before and after 22C(s) +O (g)=CO (g)22C(s) +O (g)=2CO(g)the reaction is constant, so the entropy change ΔS is 0, because “-ΔS” stands for the slope of the formation line, in this case, ΔS is 0, so the slope is 0.2) For the reaction of 2C(s)+O2(g)=2CO(g), the number of gas molecules increase after the reaction, so the entropy change ΔS is >0, that is to say -ΔS<0, so the slope of the formation line is negative.5.在埃灵罕姆图中,哪些元素可以从二氧化硅中还原出硅? In the Ellingham diagrams,which elements can reduce Si from SiO2?答:根据埃灵罕姆图,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。
TiO2、Al2O3、Li2O、CaO、MgO的生成线均位于SiO2生成线的下方,所以Ti、Al、Li、Ca、Mg这几种元素可以从二氧化硅中还原出硅。
According to the Ellingham diagrams, the corresponding element of the below ΔG o-T curve can reduce the corresponding metal oxide of the above curve. As is shown, the formation lines of TiO2、Al2O3、Li2O、CaO、MgO lie in the below of SiO2 formation line, so Ti、Al、Li、Ca、Mg can reduce Si from SiO2. Additional, above 1600℃, the formation line of CO locates below the formation line of SiO2, so C can reduce Si form SiO2 at temperature more than 1600℃.6.吉布斯相律通常为f=c-p+2,为什么在固体材料的研究中,相律一般可表达成f=c-p+1?Gibbs phase rule is usually expressed as f = c-p+2, why in the study of solid materials, the phase rule be expressed as f = c-p+1?答:在固体材料的研究中,压力对固相反应的影响很小,通常可以忽略,所以非成分的变量只有温度这一项,所以相律一般可表达成f=c-p+1。