材料化学复习题(含答案)【打印】

材料化学复习题：1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？类型键合强弱形成晶体的特点离子键最强无饱和性和方向性:高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键强有饱和性和方向性:低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电金属键较强无饱和性和方向性:配位数高、结构密堆、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性氢键弱有饱和性和方向性；高分子化合物形成氢键数目巨大，对其熔点及力学等性能影响大；对小分子熔点、沸点、溶解性、黏度也有一定影响。

范德华键最弱无饱和性和方向性:结构密堆、高熔点、绝缘2，计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数(1) 体心立方a ：晶格单位长度R ：原子半径a 34R = 34R a =，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===R R a R bccππζ (2)六方密堆 n=63，已知金属镍为A1型结构，原子间接触距离为249.2pm ，请计算：1）Ni 立方晶胞的参数；2）金属镍的密度；3）分别计算（100）、（110）、（111）晶面的间距。

解：对于面心立方A1型: 原子间接触距离249.2pm=0.2492nm=2R,（1）nm R a 3525.022492.0224=⨯==,（2）金属镍的密度：AA N a nMabcN nM 3==ρ3823-34458.693.51610 6.02108.972g cm A M a N ρ-⨯⨯==⨯⨯⨯⨯=⋅（3）对于立方晶系，面间距公式为：222hkl a d h k l =++ 因此有：(100) 晶面间距: 2221000013525.0++=d =0.3525nm74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =⋅=⋅R R R R a a c R ππξ＝R a a c 238==(110) 晶面间距: nm d 2493.00113525.0222110=++=(111) 晶面间距: 2035.033525.01113525.0222111==++=d nm4，试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积变化。

在转变温度下，体心立方铁的晶格参数是0.2863nm ，而面心立方铁的点阵参数是0.359lnm 。

解: 体心立方: V 1=a 3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm 3 面心立方: V 2= a 3= (0.3591nm)3= 0.04630 nm 3ΔV=V 2-V 1=0.02284nm 3, 因此体积增大0.02284 nm 35，固溶体与（液体）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。

6，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：%100121⨯-=∆r r r r ，Δr < 15 %, 形成连续固溶体；15% < Δr < 30%, 形成有限固溶体；Δr ＞ 30%,难形成固溶体；（2）电价：两种固体只有在离子价相同或同号离子的离子价总和相同时，才能满足电中性要求，形成连续固溶体。

（3）化学键相近，易形成连续固溶体。

（4）晶体结构类型相同，易形成连续固溶体。

7，试求下图中所示面的密勒指数A 面：在x 、y 、z 上的截距分别为x=0, y=∞, z=∞, 故须平移，向x 方向移动一晶格参数，此时，x=1, y=∞, z=∞, 其倒数：1，0，0，故为A 晶面指数为（100）2, 2, 1, B x y z ===面：故为(112)（倒数：1/2，-1/2，1，→互质整数：1，-1，2）3 1, 1, , 4C x y z ===-面：故为(334)（倒数：1，1，-4/3，→互质整数：3，3，-4）8，用固体能带理论说明什么是导体，半导体，绝缘体？答：固体的导电性能由其能带结构决定。

对一价金属（如 Na ），价带是未满带，故能导电。

对二价金属（如 Mg ），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，因而也能导电。

绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。

禁带宽度较小时（0.1—3eV）呈现半导体性质，禁带宽度较大（＞5eV）则为绝缘体。

满带：充满电子的能带空带：部分充满或全空的能带价带：价电子填充的能带禁带：导带及满带之间的空隙（其中，空带和价带是导带）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 0.1-3eV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9，有一根长为 5 m，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。

10，试解释为何铝材不易生锈，而铁则较易生锈？答:锈蚀机理不同，前者为化学腐蚀，后者为电化学腐蚀铝是一种较活泼的金属，但因为在空气中能很快生成致密的氧化铝薄膜，所以在空气中是非常稳定的。

铁与空气中的水蒸气，酸性气体接触，与自身的氧化物之间形成了腐蚀电池，遭到了电化学腐蚀，所以容易生锈。

11，为什么碱式滴定管不采用玻璃活塞？答：因为普通的无机玻璃主要含二氧化硅，二氧化硅是一种酸性的氧化物，在碱液中将会被溶解或侵蚀，其反应为：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O12， 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。

ΔGom,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ΔGom=2100-6.95T＝0，可得 T＝302K，所以Cs的熔点为 302K。

Cs13，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？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。

14，固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定：a) 成分为40％B的合金首先凝固出来的固体成分是什么？b) 若首先凝固出来的固体成分含 60％B，合金的成分是什么？c) 成分为70％B的合金最后凝固的液体成分是什么？d) 合金成为为50％B，凝固到某温度时液相含有 40％B，固体含有80％B，此时液体和固体各占多少分数？答：（a）成分为40％B 的合金对应的位置为过 a点的垂直线，当其冷却至a 点时，开始凝固，凝固出来的固体为固溶体α，其成分为过 a 点作水平线与固相线的交点（a’），所对应的成分为80％B，20％A（b）若首先凝固出来的固体成分为 60％B，即与固相线的交点为 b 点，过 b 点作水平线得到与液相线的交点b’，b’点所对应的成分即为合金的成分，过 b’点作垂直线可得合金的成分为16％B，84％A（c）成分为70％B 的合金最后凝固的固体成分为与固相线的交点（c），液体成分为与液相线的交点（c’），所以，液体成分为 27％B，73％A（d）合金成分为 50％B，凝固到某温度时液相含 40％B，即与液相线的交点为 a，固相含80％，即与固相线的交点为 a’，过 50％B 作垂直线可得水平线 aoa’，此时液体和固体的质量比为wL/ws=oa’/ao=30/10=3/1。

所以，此时液体占75％，固体占25％。

15：名词解释：弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）肖特基缺陷（Schottky defect）晶面指数和晶向指数16，提拉法中，控制晶体品质的因素主要有哪些？答：提拉法中，控制晶体品质的主要因素有固液界面的温度梯度、生长速率、转晶速率以及熔体的流体效应等。

17，单晶硅棒和厚度约1μm的薄膜分别可用什么方法制备？答：1）单晶硅棒可以用晶体生长技术中的提拉法来制备，即将硅原料熔体盛放在坩埚中，籽晶杆带着籽晶由上而下插入熔体，由于固液界面附近的熔体维持一定的过冷度，熔体沿籽晶结晶，以一定速度提拉并且逆时针旋转籽晶杆，随着籽晶的逐渐上升，生长成单晶硅棒。

2）厚度约1μm的单晶硅薄膜可用阴极溅射法制备，即利用高能粒子轰击固体靶材表面（Si），使得靶材表面的原子或原子团获得能量并逸出表面，然后在基片的表面沉积形成单晶硅薄膜。

18，液相外延法和气相沉积法都可制备薄膜，如果要制备纳米厚度的薄膜，应采用哪种方法？答：液相外延法具有设备简单、纯度高的特点，但是由于晶体成核和生长的速率较快，得到的膜较厚，很难得到纳米厚度的薄膜。

物理气相沉积可通过调控蒸镀源与靶之间的距离来调控膜沉积的速率，化学气相沉积可通过体系的温度、压力等因素来调控膜沉积的速率。

因此，如果要制备纳米厚度的薄膜，应采用气相沉积法比较好。

19， CVD法沉积SiO2可通过哪些反应实现？写出相关化学方程式答：CVD法沉积SiO2可通过以下几种反应来实现。

1）烷氧化物的热分解：Si (OC2H5)4→ SiO2+ C2H4+ H2O2）硅化合物的氧化反应：SiCl4 (g) + O2(g) → SiO2(s) + 2Cl2(g)SiH4 (g) + O2(g) → SiO2(s) + 2H2(g)SiCl4 (g) + 2CO2+ 2H2(g) → SiO2(s) + 4HCl (g) + 2CO (g)3）硅化合物的水解反应：SiCl4 (g) + 2H2O (g) → SiO2(s) + 4HCl (g)20. 溶胶-凝胶法制备纤维材料，应采用怎样的条件较合适？请解释。

答：溶胶－凝胶法制备纤维材料，应在拉纤阶段控制合适的粘度，选择合适的催化剂，选择合适的成纤方法。

因为拉纤阶段溶胶的粘度会影响纤维的直径和纤维的质量，粘度大时得到的纤维直径较大，粘度小时得到的纤维直径较小。