材料化学课后习题答案

材料化学课后习题答案

P 42 ：四(1)(2)(3)

P 69 ：二、三(1)(2)

P 90 : 5

P 133:二、三(1)(2)

P 199:一、二

P 222:二、三(1)

P 236:一、二

专业：应用化学14-1

学号：

姓名：丁大林

第二章 化学基础知识

一．填空题

1.热力学第三定律的具体表述为 纯物质完美晶体在0 K 时的熵值为零 ，数学表达式为S*(完美晶体，0 K)=0 J ⋅K -1 。

2.麦克斯韦关系式为 p S T V p S ⎛⎫∂∂⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝

⎭⎝⎭ 、 S V T p V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、T V

S p V T ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、p T

S V p T ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 。 3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为 ,,C B 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。

4.质量作用定律：基元反应速率与反应中各反应物浓度的幂乘积成正比，这一规律称为基元反应的质量作用定律。

5.稳态近似处理：假定中间物浓度不随时间而改变的处理方法。

6.极化：当电化学系统中有电流通过时，两个电极上的实际电极电势将偏离其平衡电势e φ，这种现象称为电极的极化。

7.相图：又称平衡状态图，用几何（图解）的方式来描述处于平衡状态时，物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图。

三．简答题

1.简述什么是亚稳状态，其形成原因及在生产中应如何处理。

答：1）是一种热力学不稳定状态，但在一定条件下能长期存在，称为亚稳状态。

2）形成原因：新相难于形成。

3）生产中遇到亚稳态有时需要保护，有时需要破坏，如非晶体材料制备就是将材料高温熔融后迅速冷却，使晶格排列长程无序，从而形成非晶态亚稳结构，使材料的耐腐蚀性能力和力学性能得以提高。金属退火处理是为了消除淬火等处理所产生的一些不平衡相，使材料的内部组织重新达到平衡状态。

2.简述物理吸附与化学吸附的区别。

项目 物理吸附 化学吸附

吸附力 分子间力 化学键力

吸附分子层 多分子层或单分子层 单分子层

吸附温度 低 高

吸附热 小 大

吸附速率 快 慢

吸附选择性 无或很差 有

3.简述热分析法绘制相图的步骤。

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。

解：()2100298ln ln 8.314298ln 0100CO

r m p G K RT K RT p

θθθ⎛⎫⎛⎫∆=-=-=-⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 2.已知反应12H 2(g)+12

Cl 2(g)=HCl(g)，ΔrHm Θ=-92.2kJ ·mol -1，在298K 时，K Θ=4.86×1016，试计算500K 时该反应的K Θ和ΔrGm Θ。 解：由范特霍夫方程212111ln r m H K K R T T θθθ⎛⎫∆=-- ⎪⎝⎭

即321692.21011ln 4.86108.314500298K θ-⨯⎛⎫=-- ⎪⨯⎝⎭

，得232 1.64410K θ=⨯ 3.在301K 时，鲜牛奶大约在4h 后变酸；但在278K 时，鲜牛奶要在48h 后才变酸。假定反应速率与牛奶变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。

解：由反应速率与牛奶变酸时间成反比，可知1/2ln 2A t k =，反应为一级反应。速率方程为A A A dc k c dt -= 由阿仑尼乌斯方程211211ln a E k k R T T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

即0.01411ln 0.1738.314301278a E ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

，得75.163/a E kJ mol = 第三章 材料的制备

一．填空题

1.熔体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区熔法、焰熔法等。

2.物理气相沉积法是利用高温热源将原料加热，使之汽化或形成等离子体，在基体上冷却凝聚成各种形态的材料（如晶须、薄膜、晶粒等）的方法。其中以阴极溅射法、真空蒸镀法较为常用。

3.PECVD 所采用的等离子种类有辉光放电等离子体、射频等离子体、电弧等离子体。

4.液相沉淀法是指在原料溶液中添加适当的沉淀剂，从而形成沉淀物的方法。该法分为直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法。

5.固相反应按反应物状态不同分为纯固相反应、气固相反应、液固相反应及气液固相反应，按反应机理不同分为扩散控制过程、化学反应速度控制过程、晶核成核速率控制过程和升华控制过程等，按反应性质不同分为氧化反应、还原反应、加成反应、置换反应和分解反应。

6.合成新材料的一个巧妙方法是以现有的晶体材料为基础，把一些新原子导入其空位或有选择性地移除某些原子，前者称为插层法，后者称为反插层法。引入或抽取原子后其结构一般保持不变。

二．名词解释

1.水热法：指在高压釜中，通过对反应体系加热、加压，产生相对高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体的方法。

2.高温溶液生长法：又称熔盐法，是采用液态金属或熔融无机化合物为溶剂，在高温下把晶体原料溶解，形成均匀的饱和溶液，通过缓慢降温或其他方法析出晶体的技术。

3.离子镀：指蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子形式沉积在固体表面的方法，是真空蒸镀与阴极溅射技术的结合。

4.化学气相输运：是指在一定条件下把材料转变成挥发性的中间体，再改变条件使原来的材料重新形成的过程。

5.溶胶—凝胶法：是通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料的湿化学方法。

6.自蔓延高温合成法：是利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。

三．简答题

1.何为化学气相沉积法？简述其应用及分类。

答：1）化学气相沉积法（CVD ）是指通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固体表面的方法。

2）CVD 法可用于制造覆膜、粉末、纤维等材料，它是半导体工业中应用最为广泛的沉积多种材料的技术，包括制造大范围的绝缘材料、大多数金属材料和合金材料。

2.简述溶胶—凝胶法的原理及优、缺点。

答：1）溶胶—凝胶法的原理：溶胶—凝胶法一般以含高化学活性结构的化合物（无机盐或金属醇盐）为前驱体（起始原料），其主要反应步骤是先将前驱体溶于溶剂（水或有机溶剂）中，形成均匀的溶液，并进行水解、缩合，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，经陈化胶粒间缓慢聚合，形成