材料化学第二版(曾兆华版)课后答案

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。

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。

74

.0)

2/4()3/4(4)

3/4(4＝

3

33

3fcc ==

R R a

R ππξ

10. 单质Mn有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为0.6326nm，密度= 7.26

g cm-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：

%1001

2

1⨯-=

∆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。

15. 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。

20.NaCl 晶体的晶胞棱长为0.558nm ，试计算NaCl 的晶格能。

21.高分子材料的聚态结构有哪些？

晶态结构,非晶态结构,取向态结构,液晶态结构以及织态结构 22.简述高分子链的柔顺性与其结构的关系。

主链结构

主链结构对高分子链柔顺性影响很显著。

（1）碳链高分子：

ａ不饱和碳链高分子比饱和碳链高分子柔顺。

PB>PE IR>PP PVC>CR

ｂ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< 聚甲基丙烯丙酯

●当侧基是刚性时,侧基体积增大,空间位阻效应增加,柔顺性下降.

PE > PP > PS > 聚乙烯基咔唑

●当侧基对称时,柔顺性增加.

PP < PIB

支化与交联

（1）支化：

●长支化－－分子链之间的物理缠结作用增加，分子链活动受阻，柔顺性下降。

●短支化－－分子链间距离增大，柔顺性增加。

（2）交联：

●轻度交联－－不影响链的活动能力，柔顺性不变。

●高度交联－－链的活动受阻，柔顺性下降。

氢键及分子间作用力

如果高分子在分子内或分子间形成氢键，则分子链的刚性增加。

聚乙烯> 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

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

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。

现三种不同的聚集状态，即向列型、近晶型和胆甾型液晶态。