材料科学与工程基础期末考试复习解答题汇总
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和体内3处
Be、Mg、Zn、Cd、 α-Ti 、 α -Co．
6 归纳总结3种典型金属结构（bcc、fcc 和hcp）的晶体学特点 （配位数、每个晶胞中的原子数、点阵常数、致密度和最近的 原子间距）。
体心立方（bcc）：8；2；a；0.68；
面心立方（fcc）: 12；4；a； 0.74；
密排六方（hcp）: 12；6；a，c，c/a =1.633；0.74；a
散系数为1.0×10-8m2/s，铂板高低压两侧氢浓度分别为
子能在晶体内自由运动，金属有良好导电性；不仅正离子振动 传递热能，电子运动也传递热能，金属有良好导热性；
非金属键结合的陶瓷和聚合物在固态下不导电，导热性小， 作为绝缘体或绝热体在工程上应用。
4) 结合键类型及键能对材料力学性能（弹性模量和塑性）的 影响
材料受力发生弹性变形，对应原子间距的变化。结合键能越
破坏相邻原子间的稳定结合时，材料发生熔化。结合键类型和 结合(键)能大小决定材料熔点的高低。
结合(键)能大小顺序： 共价键 ≥ 离子键 > 金属键（过渡金属大）> 氢键 > 范德 华力。
陶瓷材料（共价键 ，离子键 ）比金属（金属键）具有更 高的熔点或热稳定性。高分子具有二次键，熔点偏低。
2) 结合键类型及键能对材料密度的影响 金属密度高的两个原因： 第一，金属有较高的相对原子质量。 第二，金属键没有方向性，金属原子趋于密集排列。
1 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？
同一周期元素具有相同原子核外电子层数，从左到右，核 电荷增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低， 得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；
同一主族元素核外电子数相同，从上向下，电子层数增 多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能 力降低，金属性增强，非金属性降低。
陶瓷材料为共价键和离子键的结合，其密度较低： 共价结合时，相邻原子的个数受到共价键数目的限制，离子
键结合时，要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻 原子数都不如金属多。
聚合物多为二次键结合，分子链堆垛不紧密，且其组成原子 质量较小，聚合物密度最低：
3) 结合键类型及键能对材料导电性﹑导热性的影响 金属键由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合。价电
复合材料是由二种或二种以上的材料组合而成的物质，因而 其结合键非常复杂，不能一概而论。
3 比较键能大小和各种结合键的主要特点。
化学键能 >物理键能，
共价键能 ≥离子键能 > 金属键能 > 氢键能> 范氏键能
共价键中：叁键键能 > 双键键能 > 单键键能
金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电 子的共有化，无饱和性，无方向性；
4 氧化镁与氯化钠具有相同的结构。已知Mg离子半径r1为 0.066nm，氧离子半径r2为0.140 nm。 镁的相对原子质量为 24.31；氧的相对原子质量为16.00。(1)求氧化镁的晶格常数? (2)求氧化镁的密度? (3) 求氧化镁的致密度?
5.628Ǻ
2.8148Ǻ
a
b
c
NaCl晶体的微观结构（a、b）及等 同点分布（c）
离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性； 共价键共用电子对，有饱和性，有方向性； 范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性； 氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。
简述结合键类型及键能大小对材料的熔点﹑密度﹑导电性 ﹑导热性﹑弹性模量和塑性有何影响。
1) 结合键类型及键能对材料熔点的影响 熔点高低代表材料的稳定性程度。加热时，当热振动足以
2 比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键 上的差别。
简单金属完全为金属键，过渡族金属为金属键和共价键的混 合，但以金属键为主；
陶瓷材料是由一种或多种金属同非金属(通பைடு நூலகம்为氧)相结合的 化合物，其主要为离子键，也有一定成分的共价键；
高分子材料，大分子内的原子之间结合为共价键，而大分子 与大分子之间的结合为物理键。
和每个侧面中心
A1、γ-Fe、Ni、Cu、Rh、Pt、Ag 、 Au等
（2） bcc 体心立方 Body-centered Cubic 原子位置 立方体的八个顶角和体心
V, Mo, Nb, α-Fe, Cr, W 等
（3）hcp 密堆六方 Hexagonal Close-Packed 原子位置 12个顶角、上下底心
面心立方化合物氧化镁, 氯化钠的致密度为：
4（4ЛR3/3）+4（4Лr3/3）/（2 R+2 r）3＝ 原子相同时，致密度与原子大小无关； 当不同种类的原子出现时，其原子的相对大小必然影响致密 度。
5 （1）面心立方（ fcc ）Face-Centered Cubic 原子位置 立方体的八个顶角
大,原子之间距离的变化所需的外力越大, 材料的拉伸或压缩模 量越大。
共价键 ≥ 离子键 > 金属键（过渡金属大）> 氢键 > 范德 华力
陶瓷的模量>金属的模量>高分子的模量。 金属键无饱和性，无方向性，正离子之间相对位置的改变不 破坏电子与正离子间的结合力。金属受力变形，可改变原子之 间的相互位置，但金属键不被破坏，使金属有良好延展性（范 性变形）。 共价键键能高，有方向性和有饱和性，结构稳定，改变原子 间的相对位置很困难，共价键结合的材料，塑性变形能力差， 硬而脆。
7 简述影响置换型固溶体置换的因素
( 8分 )
1）离子大小: 同晶型时，Δr ＜15％，有可能完全互溶；Δr = 15～30%，部分互溶；Δr > 30%， 难置换，不能形成固溶体。 ( 2分 )
2）键性（极化）：两元素间电负性相近，有利于固溶体的生 成；电负性差别大，固溶度减小，倾向于生成金属化合物。
( 2分 )
3)晶体结构和晶胞大小：相同晶体结构，固溶度较大；晶体结 构不同，最多只能形成有限型固溶体。 ( 2分 )
4)电价：原子价（离子价）相同，固溶度大；价态差越大，固 溶度降低。 ( 2分 )
8． 计算在500℃下每小时通过一块面积为0.20m2，厚度为
5mm的金属铂板的氢原子质量。假设在稳定条件下氢原子的扩
Be、Mg、Zn、Cd、 α-Ti 、 α -Co．
6 归纳总结3种典型金属结构（bcc、fcc 和hcp）的晶体学特点 （配位数、每个晶胞中的原子数、点阵常数、致密度和最近的 原子间距）。
体心立方（bcc）：8；2；a；0.68；
面心立方（fcc）: 12；4；a； 0.74；
密排六方（hcp）: 12；6；a，c，c/a =1.633；0.74；a
散系数为1.0×10-8m2/s，铂板高低压两侧氢浓度分别为
子能在晶体内自由运动，金属有良好导电性；不仅正离子振动 传递热能，电子运动也传递热能，金属有良好导热性；
非金属键结合的陶瓷和聚合物在固态下不导电，导热性小， 作为绝缘体或绝热体在工程上应用。
4) 结合键类型及键能对材料力学性能（弹性模量和塑性）的 影响
材料受力发生弹性变形，对应原子间距的变化。结合键能越
破坏相邻原子间的稳定结合时，材料发生熔化。结合键类型和 结合(键)能大小决定材料熔点的高低。
结合(键)能大小顺序： 共价键 ≥ 离子键 > 金属键（过渡金属大）> 氢键 > 范德 华力。
陶瓷材料（共价键 ，离子键 ）比金属（金属键）具有更 高的熔点或热稳定性。高分子具有二次键，熔点偏低。
2) 结合键类型及键能对材料密度的影响 金属密度高的两个原因： 第一，金属有较高的相对原子质量。 第二，金属键没有方向性，金属原子趋于密集排列。
1 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？
同一周期元素具有相同原子核外电子层数，从左到右，核 电荷增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低， 得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；
同一主族元素核外电子数相同，从上向下，电子层数增 多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能 力降低，金属性增强，非金属性降低。
陶瓷材料为共价键和离子键的结合，其密度较低： 共价结合时，相邻原子的个数受到共价键数目的限制，离子
键结合时，要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻 原子数都不如金属多。
聚合物多为二次键结合，分子链堆垛不紧密，且其组成原子 质量较小，聚合物密度最低：
3) 结合键类型及键能对材料导电性﹑导热性的影响 金属键由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合。价电
复合材料是由二种或二种以上的材料组合而成的物质，因而 其结合键非常复杂，不能一概而论。
3 比较键能大小和各种结合键的主要特点。
化学键能 >物理键能，
共价键能 ≥离子键能 > 金属键能 > 氢键能> 范氏键能
共价键中：叁键键能 > 双键键能 > 单键键能
金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电 子的共有化，无饱和性，无方向性；
4 氧化镁与氯化钠具有相同的结构。已知Mg离子半径r1为 0.066nm，氧离子半径r2为0.140 nm。 镁的相对原子质量为 24.31；氧的相对原子质量为16.00。(1)求氧化镁的晶格常数? (2)求氧化镁的密度? (3) 求氧化镁的致密度?
5.628Ǻ
2.8148Ǻ
a
b
c
NaCl晶体的微观结构（a、b）及等 同点分布（c）
离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性； 共价键共用电子对，有饱和性，有方向性； 范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性； 氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。
简述结合键类型及键能大小对材料的熔点﹑密度﹑导电性 ﹑导热性﹑弹性模量和塑性有何影响。
1) 结合键类型及键能对材料熔点的影响 熔点高低代表材料的稳定性程度。加热时，当热振动足以
2 比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键 上的差别。
简单金属完全为金属键，过渡族金属为金属键和共价键的混 合，但以金属键为主；
陶瓷材料是由一种或多种金属同非金属(通பைடு நூலகம்为氧)相结合的 化合物，其主要为离子键，也有一定成分的共价键；
高分子材料，大分子内的原子之间结合为共价键，而大分子 与大分子之间的结合为物理键。
和每个侧面中心
A1、γ-Fe、Ni、Cu、Rh、Pt、Ag 、 Au等
（2） bcc 体心立方 Body-centered Cubic 原子位置 立方体的八个顶角和体心
V, Mo, Nb, α-Fe, Cr, W 等
（3）hcp 密堆六方 Hexagonal Close-Packed 原子位置 12个顶角、上下底心
面心立方化合物氧化镁, 氯化钠的致密度为：
4（4ЛR3/3）+4（4Лr3/3）/（2 R+2 r）3＝ 原子相同时，致密度与原子大小无关； 当不同种类的原子出现时，其原子的相对大小必然影响致密 度。
5 （1）面心立方（ fcc ）Face-Centered Cubic 原子位置 立方体的八个顶角
大,原子之间距离的变化所需的外力越大, 材料的拉伸或压缩模 量越大。
共价键 ≥ 离子键 > 金属键（过渡金属大）> 氢键 > 范德 华力
陶瓷的模量>金属的模量>高分子的模量。 金属键无饱和性，无方向性，正离子之间相对位置的改变不 破坏电子与正离子间的结合力。金属受力变形，可改变原子之 间的相互位置，但金属键不被破坏，使金属有良好延展性（范 性变形）。 共价键键能高，有方向性和有饱和性，结构稳定，改变原子 间的相对位置很困难，共价键结合的材料，塑性变形能力差， 硬而脆。
7 简述影响置换型固溶体置换的因素
( 8分 )
1）离子大小: 同晶型时，Δr ＜15％，有可能完全互溶；Δr = 15～30%，部分互溶；Δr > 30%， 难置换，不能形成固溶体。 ( 2分 )
2）键性（极化）：两元素间电负性相近，有利于固溶体的生 成；电负性差别大，固溶度减小，倾向于生成金属化合物。
( 2分 )
3)晶体结构和晶胞大小：相同晶体结构，固溶度较大；晶体结 构不同，最多只能形成有限型固溶体。 ( 2分 )
4)电价：原子价（离子价）相同，固溶度大；价态差越大，固 溶度降低。 ( 2分 )
8． 计算在500℃下每小时通过一块面积为0.20m2，厚度为
5mm的金属铂板的氢原子质量。假设在稳定条件下氢原子的扩