材料化学期末复习

第一章一、名词解释：1.材料：材料（一般）是指人类社会所能够接受的、可以经济地制造有用器件的（固体）物质。

2.材料科学：是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及他们之间相互关系的学科。

3.材料科学与工程：材料科学是一门与工程密不可分的应用科学，材料科学与材料工程合起来称为“材料科学与工程”。

4.材料四要素：组成、结构、工艺、性能。

5.复合材料：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合成的一种多相固体材料。

二、什么是材料化学？其主要特点是什么？材料化学是从化学的角度研究材料设计、制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门科学。

跨学科性和实践性。

三、材料与化学试剂的主要区别是什么?化学试剂在使用过程中通常被消耗，并转化为别的物质；材料一般可以重复、持续使用，除了正常损耗，它是不会不可逆地转变成为别的物质。

四、观察一只灯泡，列举出制造灯泡所需要的材料。

白炽灯泡主要由灯丝、玻璃壳体、灯头等几部分组成。

五、材料按其化学组成和结构可以分为哪几类?金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。

六、简述材料化学的主要内容。

材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。

根据化学理论，通过一定的合成和制备工艺，可获得具有特定组成、结构和性能的材料，进而产生相应的用途。

◆第二章一、名词解释1.电负性：是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。

2.晶体：由原子、分子或离子等微粒在空间按一定规律、周期性地重复排列的固体物质称为晶体。

3.晶格：晶体中质点中心用直线连起来构成的空间格架。

4.晶胞：构成晶格最基本的几何单元。

5.晶面间距：具有相同密勒指数的两个相邻平行晶面之间的距离称为镜面间距。

二、原子间的结合健共有几种？各自特点如何?三、范德华力的来源有哪些？①取向力。

当极性分子相互接近时，它们的固有偶极相互吸引产生分子间的作用力；②诱导力。

当极性分子与非极性分子相互接近时，非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生极化，产生诱导偶极，然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力；③色散力。

在非极性分子之间，由于组成分子的正、负微粒不断运动，产生瞬间正负电荷重心不重合，出现瞬时偶极。

这种瞬时偶极之间产生相互作用力。

四、请简要说明晶体与非晶体的区别和相互转化。

晶体♦由原子、分子或离子等微粒在空间按一定规律、周期性地重复排列所构成的固体物质称为晶体。

♦长程有序（Long-range order），短程有序；♦具有不同程度的对称性；♦具有整齐、规则的几何外形，各向异性；♦在一定压力下有固定熔点，如NaCl、石英等。

非晶体♦长程无序，短程有序（Short-range order）；♦无规则外形，各向同性；♦无固定熔点，如玻璃、橡胶等。

转化♦非晶态属于热力学亚稳态，非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化为稳定性更高的晶体状态。

♦若将晶体物质从液态快速冷却，也能得到非晶态物质。

五、试求下图中所示方向的密勒指数六、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?金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性，其离域电子为所有原子共有，自由流动，因此整个金属单质可看成是同种元素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，电子分布基本上是球形对称，由于同种元素的原子半径都相等，因此可看成是等径圆球。

又因金属键无饱和性和方向性，为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构，其特点是堆积密度大，配位数高，因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题。

七、 计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。

原子排列的紧密程度用晶胞中原子所占的体积分数表示，称为堆积系数（ξ）：式中，V atom 和V cell 分别为原子体积、晶胞体积。

cell atom V nV =ξ八、具有FCC结构的保原子半径为0.1243nm，试求保的晶格参数和密度。

九、请画出闪锌矿型晶体结构的示意图。

十、在CaTiO3,晶体中，Ca2-、Ti4+、O2-的配位数分别是多少？并写出O2-的配位多面体。

十一、什么是共价晶体？它有哪些特点？共价晶体是指主要由共价键结合形成的晶体，常见的金刚石、硅、氮化硅、氧化硅等都是共价晶体。

共价晶体中共价键的方向性和饱和性规定了共价晶体中原子间结合的方向和配位数。

由于共价键非常稳定，所以，一般地说，共价晶体的结构很稳定，具有很高的硬度和熔点。

由于所有的价电子都参与成键，不能自由运动，因而共价晶体通常不导电。

十二、名词解释：●晶体缺陷：在实际晶体中，原子偏离理想的周期性排列的区域称之为晶体缺陷●弗仑克尔缺陷：原子或离子离开平衡位置后，挤入晶格间隙中，形成间隙原子或离子，同时在原来位置上留下空位，由此所产生的缺陷称为弗仑克尔缺陷。

（弗仑克尔缺陷中，空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积不发生变化。

）●肖特基缺陷：原子或离子移动到晶体表面或晶界的格点位上，而在晶体内部留下相应的空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。

（晶体内部质点是通过接力运动逐渐地移动到晶体表面的，这会导致晶体体积膨胀，密度下降。

对于离子晶体来说，正负离子空位成对出现，数量相等。

）●刃型位错：在理想晶格中，每种原子都可以延伸至整个晶体。

如果其中单个原子面不能延伸至整个晶体，即所谓半原子面，在此半原子面的终点位置形成线缺陷，这种缺陷就是刃型位错●螺型位错：位错线平行于滑移方向，则在该处附近的原子平面扭曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错。

●晶界：除了处于表面外，晶粒之间是彼此接邻的，所形成的交界称为晶界。

（分为倾斜晶界和扭转晶界两种。

）十三、说明下列符号的意义：十四、位错运动的基本形式有哪些？位错运动的基本形式：滑移（Slip）和攀移（Climb）。

位错的滑移是在外加切应力作用下，通过位错中心附近的少数原子沿柏格斯矢量方向，在滑移面上不断作小于一个原子间距的位移而逐步实现的，导致永久形变。

在位错线滑移通过整个晶体之后，将在晶体表面沿柏格斯矢量方向产生一个柏格斯矢量的滑移台阶。

（三种类型的位错都可以发生滑移）攀移是位错线上的原子扩散到晶体中其它的缺陷区（例如空位、晶界等），从而导致半原子面缩小，位错线沿滑移面的法线方向上升（正攀移）；或反过来，晶体点阵上的原子扩散到位错线下方，从而导致半原子面扩大，位错线沿滑移面法线方向下降（负攀移）。

正攀移在晶格中产生间隙原子，负攀移产生空位。

温度升高有利于攀移的发生。

外加应力对攀移也有影响，拉应力有利于负攀移，而压应力有利于正攀移。

十五、固溶体与溶液有何异同？固溶体有几种类型?相同点：都有两种或两种以上的组分组成；都可以形成分散均匀、稳定的单一相，都存在溶解度不同点：状态不同，溶液为液态，固溶体为固态；结构不同，固溶体的溶质结构和溶剂相似，溶液只有在稀溶液时才相同：性质不同，固溶体的性质与溶剂有关，但溶液只有在稀溶液时才相同。

分类：固溶体分为置换型固溶体和填充型固溶体十六、简述影响置换型固溶体的固溶度的因素。

十七、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。

十八、试求下图中所示晶面的密勒指数。

第三章一、名词解释1.化学腐蚀：是指在金属与非电解质接触时，介质被金属表面所吸附，并分解为原子，然后与金属原子化合，生成腐蚀产物，这是一种纯化学作用。

2.电化学腐蚀：金属在潮湿空气的大气腐蚀，在酸、碱、盐溶液和海水中发生的腐蚀，在地下土壤的腐蚀，以及在不同的金属接触处的腐蚀等，均属于电化学腐蚀。

3.牺牲阳极保护法（阴极保护法）：它将金属材料作为阴极，在该金属材料上外加另一种较活泼金属作为阳极。

根据腐蚀电池原理，发生电化学腐蚀时阳极被腐蚀，金属材料主体则得以保护。

（阳极保护法：外加阳极电流使金属转入钝态）4.老化：高分子材料在加工、储存和使用过程中，由于各种因素的影响，其性能和使用价值逐渐降低的现象。

5.降解：高分子受UV，热，机械力等因素作用而发生分子链断裂，使高分子相对分子质量下降，使材料变软、发粘，抗拉强度降低。

6.强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

7.硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力的量度。

8.弹性模量：胡克定律σ=Eε，中E称为弹性模量或者杨氏模量，反应材料的坚硬程度（即刚性）或抵抗弹性形变的能力。

9.弹性形变：起始阶段，材料在外加应力下，而发生变形，当外力撤去后可以恢复原状称之为弹性形变。

10.塑性强度：外加应力作用超过弹性极限后，应力和应变之间的直线关系被破坏，当撤去应力后，试样的变形只能部分恢复，而保留一部分残余变形，称为塑性变形。

11.屈服强度：应力随应变增加而继续增大，达到某一个值后反而下降，该点称为材料的屈服强度12.拉伸强度：通过屈服点后，应力有时会稍降，然后继续增大，试样发生明显而均匀的塑性变形。

当应力达到最大值σb 时，试样的均匀变形阶段即告终止。

σb值称为材料的拉伸强度。

13.疲劳强度：S-N曲线上，对应某一寿命值的最大应力称为疲劳强度。

2.化学腐蚀的主要特征是什么?①环境介质是不电离、不导电的干燥气体或非电解质溶液；②一定条件下，非电解质中氧化剂直接与金属表面原子发生化学反应形成腐蚀产物；③反应过程中，电子传递是在金属与氧化剂之间直接进行，因而没有电流产生；④遵循多相反应的化学热力学和化学动力学规律。

3.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，所以就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。

4.形成腐蚀电池必须具备哪些基本条件？a. 有电位差存在：电位差越大，腐蚀越强烈。

较活泼金属的电位低，易于受腐蚀；b. 有电解质溶液：金属表面有水膜时，空气中的污染物SO2溶于水膜中，生成H2SO3或H2SO4，其pH值可达3.0~3.5。

人体汗水中盐分含量为0.5~2.5%；c. 具有不同电位的两部分金属之间有导线连接或直接接触。

因空气中不可避免地存在水蒸汽、酸性气体，所以电化学腐蚀比化学腐蚀更为普遍，危害性也更大。

5.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：Si02+2Na0H→Na2Si03+H206.何种结构的材料具有高硬度?如何提高金属材料的硬度?答：由共价键结合的材料具有很高的硬度，这是因为共价键的强度较高。