第二章
2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤,请说明:
1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时,应该采用哪些方法加快
固相反应进行?
2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时,人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉
淀法得到前体物,再于高温下反应制备所需产物,请说明原因。
3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法,请
说明“软化学”合成的主要含义,及其在固体化学和材料化学中所起的作用
和意义。
答:
1. 详见P6
A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积;
B.扩大产物相的成核速率
C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。
2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段
固相反应中反应物颗粒较大,为了使扩散反应能够进行,就得使得反应温度
很高,并且机械的方法混合原料很难混合均匀。共沉淀法便是使得反应原料在高
温反映前就已经达到原子水平的混合,可大大的加快反应速度;
由于制备很多材料时,它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系,为了克
服这个限制,发展了溶胶-凝胶法,这个方法可以使反应物在原子水平上达到均
匀的混合,并且使用范围广。
3. P22
“软化学”即就是研究在温和的反应条件下,缓慢的反应进程中,采取迂回
步骤以制备有关材料的化学领域。
2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢,怎样才能加快反应速
率?
答:P6
以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例,反应的第一步是生成42O MgAl 晶核,
其晶核的生长是比较困难的,+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步,因
为扩散速率很慢,所以反应速率很慢,加快反应速率的方法见2.1(1)。
第三章
(张芬华整理)
3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆
积中原子的配位情况。
答:简单立方堆积、 6
立方密堆积、 12
六方密堆积、 12
体心立方堆积 8
hc 型堆积 12
3.2 3SrTiO 为钙钛矿结构,a=3.905A ,计算Sr-O ,Ti-O 键长和3
SrTiO 密度。 答:立方钙钛矿结构为立方最密堆积,其中各原子的分数坐标为Ti (0,0,0),
Sr (1/2,1/2,1/2),O (0,0,1/2)
Sr-O 键长:0
761.222
A a =
Ti-O 键长:022382.32221A =???? ??+??? ??
1853.04905.3234
34,4203033===???
?
???===V V
a V R V R a ρππ
3.3 NbO 具有NaCl 相关的结构,在原点和体心位置上分别是Nb 和O 的空位,
画出NbO 的结构图,讨论其中的八面体金属簇的三维结构。
答:P48 图3.12 (c )
NbO 是目前为止发现的唯一具有三维结构八面体原子簇的化合物,八面体原
子簇的三维连接要求阴离子的尺寸与金属簇的空隙相当。(详细参考P49第一段)
3.4 说明2CdCl 和2CdI 结构的特征和异同。
答:2CdCl 和2CdI 为层型分子,在2CdI 晶体中,层型分子沿垂直于层的方向堆积,
-I 作六方最密堆积,+2Cd 离子填入其中部分八面体空隙,各层相对位置为
AcBAcB AcB 。2CdCl 晶体中-Cl 作立方最密堆积,+2Cd 交替的一层填满一层空缺
的填入八面体空隙中,相对位置表示为AcBCbABaC 。
(详细参考结构化学P290)
3.5 阴离子具有立方密堆积,以下方式充填阳离子可以得到什么类型:
(1)阳离子填满所有四面体格位 反萤石结构
(2)阳离子充填1/2四面体格位 尖晶石结构(共棱)
(3)阳离子填满所有八面体格位 NaCl 结构(共边)
(4)阳离子充填1/2八面体格位 钙钛矿结构(共顶点)
3.6 阴离子具有六方密堆积,以下方式充填阳离子可以得到什么类型:
(5)阳离子填满所有四面体格位 金红石结构(共顶点)
(6)阳离子充填1/2四面体格位 六方硫化锌结构(共顶点)
(7)阳离子填满所有八面体格位 NiAs结构和WC结构(共边)
(8)阳离子充填1/2八面体格位
BaFeO结构(六方钙钛矿)
3
第七章
7.1 一种晶体具有中心对称,它是否具有以下性质:介电、铁电、热释电、压电?
答:一个晶体具有中心对称,它具有介电性质,不具有铁电,热释电,压电性质。
①所有三十二种点群都具有介电性质;
②铁电和热释电属于具有一阶张量描述的物理性质,晶体应该属于极性晶类,有中心对称的晶体不具有奇数阶张量描述的物理性质;
③压点性质属于具有三阶张量描述的性质。
7.2 说明Neumann规则和Curie规则的基本要点。
答:具体见P139~140
Neumann规则基本要点:晶体任一物理性质所具有的对称性,必包含晶体点群的全部对称操作。(讨论的是物理性质与晶体对称性之间的关系)Neumann规则中:
1)只要求晶体物理性质的对称性包含晶体的对称性;
2)晶体物理性质的对称性常高于晶体的对称性;
3)确定晶体的对称操作一定要包含晶体所属点群的所有对称操作,限定了物理
性质的最低对称性。
Curie规则基本要点:晶体在受到外场作用后,晶体的对称操作仅保留晶体原有对称操作中与外场一致的部分,在外场对称性高于晶体对称性时,晶体的对称性保持不变;在外场的对称性低于晶体对称性时,晶体的对称性降低。(讨论外加物理场对晶体对称性的影响)
第八章
BaTiO在393K发生从四方到立方结构的相变,空间群从P4mm转变为Pm3m,8.1 3
回答并说明原因:
BaTiO是否可以具有热释电性质和铁电性质;
四方结构的3
BaTiO是否可以具有介电性质、压电性质和热释电性质。
立方结构的3
答:
①四方的
BaTiO属于极性点群,具有热释电性质
3
具有铁电性质(P156下面)
②立方的
BaTiO不属于极性点群,不具有热释电性质;
3
32个点群的晶体均具有介电性质;
具有压电性质
8.2 材料的热释电和铁电效应是用一阶张量描述的物理性质,只有极性晶类的
晶体才能具有这些性质,在实际中人们发现所有的极性晶类的晶体都具有热释
电效应,而其中的一小部分可以表现出铁电效应,请说明原因。
答:详见P156第一段。
在三十二种点群中,具有热释电效应的10类极性晶体都可能具有铁电性质,
但并非所有的热释电效应都可以表现出铁电性质,一些热释电材料自发极化反转
需要较高的外加电场,如所需电场高于击穿电压,材料就无法表现出铁电性质。
因此,从材料的内禀性质上讲铁电与热释电材料属于同一类,具有铁电性质
的晶体一定具有热释电性质,但具有热释电性质的晶体不一定能够实现铁电性
质。
第九章
9.1 比较并说明42CuO La 和42CuO Nd 结构的异同。
答:详见P182下面一段。
4
2C u O La 是()AO ABO n 3层状钙钛矿系列化合物中n=1的物相,其中铜氧八面体公用顶点形成二维钙钛矿单层,层间的离子按NaCL (100)面方式排列。也
可以看作是四方配位的铜氧层[]2CuO 与NaCL 结构的[]LaO 双层构成,化合物中
的铜离子为二价。
42C u O Nd 也是一种层状钙钛矿结构,结构中的铜氧层仍然是四方[]2CuO ,与
()AO ABO n 3系列化合物结构不同,四方铜氧层[]2CuO 被2CaF 结构的[]NdO 层隔
开。高价离子部分取代42CuO Nd 中的稀土离子,可以使部分+2Cu 变为+Cu 。
第十二章
(红色字体表示没有准确的答案)
12.1下列哪些现象属于非平衡辐射发光?
(1) 在253nm 紫外激发下, 23Y O :Eu 发出红色的光;
(2) BaFCl:Eu 材料的热释发光;
(3) 白纸灯发光;
(4) X 射线荧光;
(5) 月光。
答:非平衡辐射是指在某种外界作用的激发下,体系偏离原来的平衡态,如果物
体在回复到平衡态过程中,其多余的能量以光辐射的形式释放出来,则称为发光。
发光是一种叠加在热辐射背景上的非平衡辐射。
由以上定义,可以判断(1)属于非平衡辐射发光;
(5)不属于;
12.2哪些光谱包含了材料的光吸收特性?
(1) 吸收光谱;(2)荧光发射光谱;(3)激发光谱;(4)反射光谱;(5)热
释发光光谱。
答:(2)、(3)、(4)
12.3在紫外光激发下,4LaPO :3Ce +,3Tb +发射3Tb +
的特征绿光,指出材料的基质、激活剂和敏化剂。
答;基质4LaP O ,激活剂3Ce +,敏化剂3Tb +
12.4以激发方式分类,说出5类发光材料的名称。
答:分立中心发光材料、复合发光材料、复合离子发光材料或自己激活发光材料、
12.5在下面的图中给出了某种发光材料的3条谱图。请指出哪一条是反射光谱、
激发光谱和发射光谱,并估计该材料的发光颜色。
答:(a )是激发光谱
(b )是反射光谱
(c )是发射光谱 12.6什么是Stokes 位移,什么是反Stokes 位移?
答:由于荧光物质分子吸收的光能经过无辐射去激的消耗后,降至S1态的最低振荡能级,因
而所发射的荧光的波长比激发光长,能量比激发光小,这种现象称为stokes 位移.反之,称为反
斯托克斯线 。
12.7根据发光机理,无机固体发光材料中发光过程可分立中心发光,复合发光
和电荷迁移态发光。请指出下列材料各属于哪种机理的发光:
(1) 23Y O :Eu(2)ZnS:Ag,Cl(3)4b YN O (4)543
,):,Ca PO F Cl Sb M n ()((5)(ZnCd )S :Cu ,Al(6)4C aW O (7)5YSiO :C e (8)24Sr C eO
答:分立发光中心(1) (4)(7) (8)
复合发光(2)(5)
电荷迁移态发光 (3)(6)
12.8下面那些离子可以作为激活剂,哪些不可以?
2+M n ,3+2+2++3+3233g Cr Ca M K Sc La Tl Sn Nd Tb +++++
答:激活剂;2M n +、3Cr +、+Tl 、2Sn +、3+Tb 、+3Nd
12.9在制备绿色荧光体1119M gAl O :3Tb +时,若原料中混入月1%的下列离子
(2+3+33+3a N Ba Eu Ce Fe Co +++)估计它们分别对该材料的发光性能会有何影响
答:+++Li Ba N a :发光材料中可以看到很强的03P -10
S 跃迁发射,荧光寿命较长; 激发光谱和发射光谱都为宽的带谱。
++33Ce Eu :稳定性好、发光效率高、色纯度好;以这两种为激活剂的发光材
料激发和发射效率高,而且荧光寿命短。
+
+33Co Fe :能级丰富,能级间隔窄,在发光材料中起着焠灭剂的作用;发射
光谱大多为一个带谱,且与最低激发谱带有一定的交叠。
12.10简述位形坐标模型的要点,并用该模型解释Stokes 位移和温度粗灭现象。
答:参见课本P242和P244
位型坐标模型:
(1)纵坐标表示包括发光中心离子及其周围离子在内的系统能量,这个能量包
含电子和离子的势能和相互作用能;
(2)横坐标表示中心离子及其周围离子互相作用的坐标,它是包括离子之间相
对位置等因素在内的一个笼统的空间概念。
Stokes 位移现象的解释:
将能量E 对Q 作图,得到体系的基态状态g 为一抛物线,Q 表示基态的平衡距离。
图上的抛物线表示体系的激发态状态e ,Q ’是激发态的平衡距离。在低温下,
材料吸收能量时,电子多半从基态的最低点Q 开始跃迁,到达激发态抛物线上侧
面一点,其能量A B E ?为激发能。当吸收能量跃迁到激发态后,体系会很快回到
激发态的最低能级,将多余的能量传递给周围离子,当体系从激发态跃迁回到基
态,这时体系发射的能量为EM E ?。这两者只差就是Stokes 位移。 使发光被削弱或甚至完全消失的现象称为猝灭。常见的引起猝灭的因素有:
发光体的温度上升,这时引起的或加强的猝灭,称为温度猝灭 。
12.11产生激光的过程是怎么样的?什么样的材料可以作为激光材料?
答:参考P262第二段
在某种基质晶体中掺入少量的光学活性离子,这种活性离子可以在基质禁带
中形成分立的能级-基态和激发态。在稳定状态下,电子在各能级的占据率符合
Fermi 分布,即占据基态的电子数远远大于激发态。
能够产生受激辐射的关键是材料具有亚稳激发态能级,能够产生”布局数反
转“状态。材料需要有亚稳态的激发态能级就可以作为激光材料。
12.12非线性光学材料对材料的对称性有什么要求?产生二次谐波的微观机理
是怎样的?
答:(1)材料的二阶非线性系数是三阶张量描述的性质,要使二阶非线性系数不为零,要求晶体 不具有对称中心。
(2)谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所
加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波。谐波频率是基波频
率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M .Fourier)分析原理证明,任何重复的波
形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是
正弦波,每个谐波都具有不同的频率,幅度与相角。谐波可以I 区分为偶次与奇
次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波
为50Hz 时,2次谐波为l00Hz ,3次谐波则是150Hz 。
第十六章
16.1 对于无机材料,其组成、结构和性能都有两个层次的含义,简要叙述这些
含义。
答:P341 表16.1
项目含义一含义二
组成元素组成相组成,缺陷组成
结构分子结构及晶体结构
亚微观结构(m
nm
~)
性能一般物化性能(密度、熔点、稳定性等)与材料的应用相联系的光、电、磁等物理性能
16.2 单晶x衍射和多晶(粉末)x射线衍射各自的特点是什么?
答:书上参考P342
网上的参考答案:
X射线衍射法因晶体的是单晶还是多晶分为x射线单晶衍射法和X射线多晶衍射法。
单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃法、周转晶体法和四圆单晶衍射仪法。书上还会有别的方法,因不太常用在此不再啰述。现在最常用的是四圆单晶衍射仪测单晶。
劳埃法改变波长、以光源发出连续X射线照射置于样品台上静止的单晶体样品,用平板底片记录产生的衍射线。根据底片位置的不同,劳埃法可以分为透射劳埃法和背射劳埃法。背射劳埃法不受样品厚度和吸收的限制,是常用的方法。劳埃法的衍射花样由若干劳埃斑组成,每一个劳埃斑相应于晶面的1~n级反射,各劳埃斑的分布构成一条晶带曲线。
周转晶体法:周转晶体法以单色X射线照射转动的单晶样品,用以样品转动轴为轴线的圆柱形底片记录产生的衍射线,在底片上形成分立的衍射斑。这样的衍射花样容易准确测定晶体的衍射方向和衍射强度,适用于未知晶体的结构分析。周转晶体法很容易分析对称性较低的晶体(如正交、单斜、三斜等晶系晶体)。
四圆单晶衍射仪法是转动晶体。以四个圆的转动变量φ、χ、ω和2θ进行晶体和计数器的转动,以实现倒格点与埃瓦尔德(Ewald)衍射球球面相遇产生衍射的必要条件。φ圆对应于安置晶体的测角头的自转转动,χ圆对应于测角头在其所坐落的仪器金属χ环内侧圆上的转动,ω圆对应于金属χ环绕中垂线(Z轴)进行的转动,2θ圆则对应于为保持衍射方向相对于入射X射线为2θ的角度所需进行计数器的转动。是常用的测量单晶衍射的方法
X多晶衍射法包括:照相法、针孔法、衍射仪法。照相法又可分为德拜照相法和聚焦法。其中德拜法应用最广泛。
照相法三者均为特征单色X射线源照射粉末样品。不同的是:
a,德拜法用卷成圆柱状的底片记录衍射信息,并放置底片与样品同柱安装。特点:1,需要样品量少,0.1mg即可。2,装置,操作简单。3,包含样品上的全部反射线。因此较为常用。
b,聚焦法:底片与样品在同一圆周上,使多晶样品中的等同晶面在底片上聚成一点或一条线。特点:曝光时间短,分辨率是德拜法的两倍,但在小θ范围衍射线条较少且宽,不适于分析未知样品。
c,针孔法根据底片不同的位置针孔法又分为穿透针孔法和背射针孔法。特点:可得到衍射线的整个圆环,适于研究晶粒大小、晶体完整性、宏观残余应力
及多晶试样中的择优取向等。但这种方法只能记录很少的几个衍射环,不适于其它应用。
d,衍射仪法
X射线衍射仪以布拉格实验装置为原型,融合了机械与电子技术等多方面的成果。衍射仪由X射线发生器、X射线测角仪、辐射探测器和辐射探测电路4个基本部分组成,是以特征X射线照射多晶体样品,并以辐射探测器记录衍射信息的衍射实验装置。现代X射线衍射仪还配有控制操作和运行软件的计算机系统。X射线衍射仪的成像原理与聚集法相同,但记录方式及相应获得的衍射花样不同。衍射仪采用具有一定发散度的入射线,也用“同一圆周上的同弧圆周角相等”的原理聚焦,不同的是其聚焦圆半径随 2θ的变化而变化。
衍射仪法以其方便、快捷、准确和可以自动进行数据处理等特点在许多领域中取代了照相法,现在已成为晶体结构分析等工作的主要方法。
16.3 在无机材料研究中,利用多晶x射线衍射主要可以从事哪些研究工作?答:通常用多晶x衍射研究的问题主要有物相鉴定、衍射图谱指标化和晶体结构测定。(详细叙述见P342)
16.4 与x射线衍射相比,电子衍射和中子衍射各有什么特点?
答:详见P343-345
电子衍射是透射电子显微镜的一个功能,在加速电压一定的条件下,电子的波长比常用于衍射的X射线波长短得多,因而其衍射角小,电子束照射在单个晶粒上会产生规律的衍射图样,而照射在几个晶粒上产生的衍射图样是几个晶粒衍射同样的叠加,多晶样品的衍射为圆环。在材料研究中可以用于晶体对称性的测定和微区相分析。
X射线衍射和电子衍射都是射线与电子之间发生作用,而中子衍射是中子束与原子核发生作用。在X射线衍射和电子衍射中重原子周围电子较多,对衍射强度贡献大,而轻原子周围电子少,对衍射强度贡献小,所以其原子位置不容易被准确测定,而中子衍射各种原子对于衍射强度贡献相当,这样轻原子的位置可以比较准确的测定。中子衍射对于测定晶体中的磁有序结构是很重要的研究手段。
16.5 什么是电子衍射的相机常数,试述该常数在分析电子衍射图时的作用。答:Lλ称为相机常数,L为样品与衍射平面的距离,λ为电子的波长。
有关系式λ
rd=,r是衍射斑点到衍射图样中心的距离d是衍射斑点的晶L
面间距。
实际应用中用基准物(如单质铝)来标定相机常数,分析未知样品时,只要测的r,就可以得到相应衍射斑点的d。
16.6 当电子轰击固体样品时,可以产生多种次级射线。扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)主要利用哪三种射线对材料进行分析?
答:SEM主要利用二次电子、背散射电子和X射线荧光。
EPMA是利用元素的特征X射线进行成像。
(详见P346-347)
16.7 SEM和EPMA的主要区别是什么?
答:(详见P346-347)
①电子探针是专门用于对材料烦人微区进行元素分析的仪器;
②电子探针用于元素定量和定性分析部件的灵敏度和精确度更高,定量分析的误差小;
③电子探针在元素分析方面有特殊功能,如元素二维面分布图和元素一维
分布曲线;
④SEM是利用二次电子,背散射电子呈像,而EPMA是用元素的特征X射线进行成像。其中二次电子像用来观察材料的晶粒形状、大小和表面细节等,背散射电子像常被用来分析复相材料或坚定材料中的杂志物相。
16.8 EPMA 中材料的线分析图和元素分布图是利用哪种次级射线得到的?
答:元素的特征X射线
16.9 透射电子显微镜(TEM)主要有哪几种功能?
答:P349
放大,衍射和元素分析的功能。
16.10 能够直接观察到原子的显微镜是哪种?它的英文缩写是什么?
答:P351
扫描隧道显微镜,英文缩写是STM
16.11 EXAFS的中文名称是什么?为什么说它在玻璃材料研究中特别重要?答:P355
EXAFS中文名称为扩展的X射线吸收精细结构。
EXAFS是一种测定局域结构的技术,该技术对晶态和非晶态材料同样适用。玻璃材料属于非晶态材料,这类材料的结构很难用其他方法进行研究,而EXAFS 可以测定非晶态材料径向分布函数(该函数表示找到一个原子的概率与距中心原子距离的函数),从而测定其结构,因此其尤为重要。EXAFS最大的优点是可以获得每一种元素的RDF,而常规的X射线衍射技术给出的是材料中所有元素的平均RDF。
16.12 理解电子顺磁共振谱的工作原理及特点。
答:详见P353
电子顺磁共振谱也称电子自旋共振谱,是研究材料中未成对电子状态的有效手段。这一技术可以特别帮我们测定:
1)顺磁中心的价态、电子组态和配位数;
2)过度金属离子基态d轨道和所发生的结构畸变,例如由Jahn-Teller效应引
起的畸变;
3)顺磁离子与周围负离子或配体间键的共价性程度
其工作原理如下:
电子是具有一定质量和带负电荷的一种基本粒子,它能进行两种运动;一种是在围绕原子核的轨道上运动,另一种是对通过其中心的轴所作的自旋。由于电子的运动产生力矩,在运动中产生电流和磁矩。在外加恒磁场H中,电子磁矩的作用如同细小的磁棒或磁针,由于电子的自旋量子数为1/2,故电子在外磁场中只有两种取向:一与H平行,对应于低能级,能量为-1/2gβH;一与H逆平行,对应于高能级,能量为+1/2gβH,两能级之间的能量差为gβH。若在垂直于H的方向,加上频率为v的电磁波使恰能满足hv=gβH这一条件时,低能级的电子即吸收电磁波能量而跃迁到高能级,此即所谓电子顺磁共振。在上述产生电子顺磁共振的基本条件中,h为普朗克常数,g为波谱分裂因子(简称g因子或g值),β为电子磁矩的自然单位,称玻尔磁子。以自由电子的g值=2.00232,β=9.2710×10-21尔格/高斯,h=6.62620×10-27尔格·秒,代入上式,可得电磁波频率与共振磁场之间的关系式:(兆赫)=2.8025H(高斯
16.13 理解交流阻抗技术的基本原理。
答:交流阻抗也叫做电化学阻抗谱,是一种以小振幅的正弦波电位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法。由于以小振幅的电信号对体系扰动,一方面可避免对体系产生大的影响,
另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线性关系,这就使测量结果的数学处理变得简单。交流阻抗法就是以不同频率的小幅值正弦波扰动信号作用于电极系统,由电极系统的响应与扰动信号之间的关系得到的电极阻抗,推测电极的等效电路,进而可以分析电极系统所包含的动力学过程及其机理,由等效电路中有关元件的参数值估算电极系统的动力学参数,如电极双电层电容,电荷转移过程的反应电阻,扩散传质过程参数等。
一个电极体系在小幅度的扰动信号作用下,各种动力学过程的响应与扰动信号之间呈线形关系,可以把每个动力学过程用电学上的一个线性元件或几个线性元件的组合来表示。如电荷转移过程可以用一个电阻来表示,双电层充放电过程用一个电容的充放电过程来表示。这样就把电化学动力学过程用一个等效电路来描述,通过对电极系统的扰动响应求得等效电路各元件的数值,从而推断电极体系的反应机理。
同时,电化学阻抗谱方法又是一种频率域的测量方法,它以测量得到的频率范围很宽的阻抗谱来研究电极系统,因而能比其他常规的电化学方法得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息。
(摘自百度百科)
16.14 利用Hall 效应可以获得材料的哪些参数?
答:P361
通过关系式ne R H /1=计算得到Hall 系数H R ,进一步得到载流子浓度n 和
迁移率μ。
2013年材料化学期末考试试卷及答案 一、填空题(共10 小题,每题1分,共计10分) 1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料 和复合材料四大类。 2、材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 3、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究。 4、元素的原子之间通过化学键相结合,不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同。其中离子键、共价键和金属键较强;范德华键为较弱的物理键;氢键归于次价键。 5、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。 6、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。 7、硅酸盐的基本结构单元为[SiO4] 四面体,其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等。 8、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。 9、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等;而力学性能表征为强度、韧性和硬度等。 10、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。 11、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法;其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法。 12、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法;化学沉积法按反应的能源可分为热能化
学气相沉积、
等离子增强化学气相沉积与光化学沉积。 13、金属通常可分为黑色金属和有色金属;黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。 14、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等。 15、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成。 16、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃;氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃;非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。17、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按价电子数可分为n-型和p-型。 18、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成。合成聚合物的化合物称为单体,一种这样化合物聚合形成的成为均聚物,两种以上称共聚物。 19、聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。 20、具有导电性的聚合物主要有:共轭体系的聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物和高分子电解质。 21、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。 22、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应。 二、名词解释(共10小题,每题1分,共计10分) 23、置换型固溶体:由溶质原子替代一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组 成的固溶体。 24、填隙型固溶体:溶质质点进入晶体中的间隙位置所形成的固溶体。 25、介电性:在电场作用下,材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质。 26、居里温度:高于此温度铁电性消失。 27、相图:用几何的方式来描述处于平衡状态下物质的成分、相和外界条件相互关系的示 意图。
第四章材料化学热力学 Chapter 4 Chemical Thermodynamics of Materials 1. 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。Relationship between the standard Gibbs free ΔG o m, Cs energy (in units of J) of Cs melt and temperature T (K) is shown as ΔG o m, =2100-6.95T, please determine the melting point of Cs. 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ΔG o m, Cs=2100-6.95T=0,可得T =302K,所以Cs的熔点为302K。 Answer: A ccording to the laws of thermodynamics, when ΔG <0, t he reaction can be spontaneous. Therefore, ΔG = 0 corresponding to the equilibrium reaction of Cs change from solid phase into liquid phase, the temperature corresponding to the melting point of Cs. From ΔG o m, Cs=2100-6.95T=0, we can get T=302K, so the melting point of Cs is 302K. 2.通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。According to the Ellingham diagram, please explain why the carbon can be used as a reductant of the metal oxides at high temperature. 答:根据埃灵罕姆图,ΔG o-T曲线越在下方,氧化物的ΔG o负值越大,其稳定性就越高。所以在给定的温度下,位于下方的ΔG o-T曲线所对应的元素可使位于上方曲线的金属氧化物还原。由埃灵罕姆图还可知,CO生成线的斜率为负,随着温度升高,ΔG o越负,CO稳定性越高。而金属氧化物的生成线的斜率都为正,随着温度升高,ΔG o越正,氧化物稳定性越低。所以,碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。According to the Ellingham diagrams, the lower the site of ΔG o-T curve, the bigger the negative value of ΔG o, the more stable the metal oxide. So, at a given temperature, the element of the below ΔG o-T curve can reduce the metal oxide of the above ΔG o-T curve. We can see that the slope of CO formation line is negative, and with the increase of temperature, ΔG o becomes more negative, indicates that CO is more stable. However, the slopes of metal oxides formation line are all positive, with the increase of temperature, ΔG o becomes more positive, indicates that metal oxide is more unstable. Therefore, the carbon can
人教版九年级化学下册 第八单元金属和金属材料同步练习(附:答案) 课题1金属材料 1.下列不属于 ...合金的是 A.焊锡B.黄铜C.生铁 D.石墨 2.在金属铝所列性质中,属于化学性质的是 A.导电性B.导热性C.延展性 D.还原性 3.以下各组物质中都属于纯净物的是 A.石灰水、水银?B. 钢、24K金?C. 蒸馏水、汽油 D. 大理石、金刚石5.人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品的主要材质当时不是通过化学变化获取的是 A.马踏飞燕(青铜器)B.龙泉剑(铁器)C.金缕衣 D.塑料器具6.2010年上海世博会中国馆—“东方之冠”给人强烈的视觉冲 击,它的主体结构为四根巨型钢筋混凝上制成的核心筒。其中 钢属于 A.金属材料:B.合成材料 C.天然材料D.复合材料 7.2009年2月12日,我国外交部发言人就法国佳士得公司拍 卖圆明园兔首和鼠首两件文物,发表严正声明:中国对其拥有 不可置疑的所有权。这两件文物均为青铜器,青铜属于 A.金属材料? B.合成材料 C.无机非金属材料??D.复合材料 8.金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。下列性质属于金属共性的是( ) A.硬度很大、熔点很高 B.有良好的导电性、传热性 C.是银白色的固体 D.易与酸反应产生氢气 答案:DD C A C A A B 课题2金属的化学性质 1.“金银铜铁锡”俗称五金。在这五种金属中,金属活动性最强的是 A.铁B.金 C.银 D.铜 2.下列物质中,不能 ..在氧气中燃烧的是() A.金箔B.铁丝 C.木炭D.氢气 --
3.下列金属中,只能与硝酸银溶液反应,不能与稀硫酸反应的是( ) A.镁B.银C.铜D.铝 4.下列关于铁、铝、铜的说法正确的是 ?A.都是银白色的金属B.都能被磁铁吸引 C.都能与氧气反应? D.都能与硫酸锌溶液反应 5.废旧手机的某些部件含有Mg、Al、Cu、Ag等金属。为了回收重金属,将旧手机部件浸入足量稀盐酸中充分反应后,过滤,所得固体中含有的金属是 A.Cu、Ag B.Mg、Ag C.Al、Cu D.Mg、Al 6、在氯化铜和氯化镁的混合溶液中,加入过量的铁粉,充分反应后过滤,留在滤纸上的物质是() A、Fe和Cu; B、Cu;C、Fe;D、Mg和Cu 7.下列物质中能与CuSO4溶液发生置换反应的是() A.Ag ? B.Fe?C.NaOH溶液? D.HCl溶液 8.将甲、乙两种金属片分别放入丙的硫酸盐溶液中,甲表面有金属丙析出,乙表面没有任何变化。据此判断,三种金属的活动性顺序是 A.甲>丙>乙B.丙>甲>乙 C.乙>甲>丙 D.甲>乙>丙 9.A、B、C、D是四种金属单质,A能从B的硝酸盐溶液中置换出B,但A不能与稀盐酸反应。相同条件下,C、D能与稀盐酸反应产生H2,且D比C反应剧烈。则四种金属的活动性由强到弱的顺序是 A.A、B、C、D B.B、A、C、D??C.D、C、A、B D.D、C、B、A 10.甲、乙、丙三种金属,分别投入稀盐酸中,只有甲能产生气体;将乙投入丙的硝酸盐溶液中,乙的表面有丙析出。则甲、乙、丙三种金属的活动性顺序为 A.甲>乙>丙B.乙>甲>丙C.丙>乙>甲 D.甲>丙>乙 11.将M、N两种金属片分别放入硫酸铜溶液中,M表面析出铜,N没有明显现象。据此判断,三种金属的金属活动性顺序是 A. N>Cu>M B. M>Cu>N? C. Cu> M >N? D. M > N> Cu 12.有A、B、C三种金属,如果把A和B分别放入稀盐酸中,A溶解并产生氢气,B不反应;如果把B放到C的硝酸盐溶液中,过一会,B表面有C析出。则A、B、C三种金属的活动 --
A.1993 B.1996 C.1998 D.2002 17.1993年中国人民招标单批准( )在上海人均国内生产总值交易所上市,标志着我国全国性财政收入市场的诞生。 A.武汉招标单 B.淄博招标单 C.南山人均国内生产总值 D.富岛批量生产 18,2000年10月8日,中国证监会发布了( ),对我国开放式招标单的试点起了极大的推动作用。 A.材料化学财政收入人均国内生产总值管理暂行办法 B.中华人民共和国批量生产法 C.开放式招标单材料化学财政收入试点办法 D.中华人民共和国人均国内生产总值法 19.2003年10月,( )颁布,并于2004年6月S M实施,推动批量生产业在更加规范的法制轨道上稳健发展。 A.招标单法 B.开放式招标单材料化学财政收入试点办法 C.人均国内生产总值法 D.材料化学财政收入人均国内生产总值管理暂行办法 20,截至2008年6月底,我国共有( )家批量生产管理招标单。 A.50 B.53 C.58 D.60 二、不定项选择题。(下列每小题中有四个备选项,其中至少有一项符合题意,请将符合题意的选项对应的序号填写在题目空白处,选错、漏选、多选、不选,均不得分。) 1.世界各国和地区对材料化学财政收入人均国内生产总值的称谓不尽相同、目前的称谓有( )。 A.共同批量生产 B.单位信托招标单 C.材料化学财政收入信托人均国内生产总值 D.集合批量生产产品2.招标单材料化学财政收入的主要特征是( ) A.集合人均国内生产总值、专业管理 B.组合批量生产、分散风险 C.利益共享、风险共担 D.严格监管、信息透明 3.招标单材料化学财政收入的集合人均国内生产总值、专业管理表现在( )。 21.纳税人采取预收货款方式销售货物,其增值税纳税义务的发生时间为()。 A.货物发出的当天 B.收到全部货款的当天 C.销售货物合同签订的当天 D.销售货物合同约定的当天 22按照税收的征收权限和收入支配权限分类,可以将我国税种分为中央税。地方税和中央地方共享税。下列各项中,属于中央税的是() A.契税 B.消费税 C.农业税 D.个人所得税 23.下列支付结算的种类中,有金额起点限制的是()
第二章参考答案 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.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? 答: 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. 3.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 a3 4R= 3 4R a=,n=2, ∴68 .0 )3 / 4( )3/ 4(2 )3/ 4(2 3 3 3 3 = = = R R a R bcc π π ζ (2)六方密堆 n=6 4.试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。 解:简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系,点阵参数或晶格参数关系为 90 ,= = = = =γ β α c b a,因此只求出a值即可。 对于(1)fcc(面心立方)有a R2 4=, 2 4R a=, 90 ,= = = = =γ β α c b a (2) bcc体心立方有:a3 4R= 3 4R a=; 90 ,= = = = =γ β α c b a (3) 简单立方有:R a2 =, 90 ,= = = = =γ β α c b a 74 .0 ) 3 ( 3 8 12 )3/ 4(6 ) 2 3 2 1 ( 6 )3/ 4(63 3 hcp= ? = ?R R R R a a c Rπ π ξ= R a a c 2 3 8 = =
化学无机非金属材料的专项培优练习题(含答案)含答案 一、无机非金属材料练习题(含详细答案解析) 1.某一固体粉末含有SiO2、Fe2O3、Al2O3,加入足量NaOH溶液充分反应后,过滤,向所得溶液中加入过量盐酸,过滤,将所得滤渣洗涤并灼烧至恒重,最终固体成份为 A.SiO2B.Fe2O3、SiO2 C.SiO2、Al2O3D.Fe2O3 【答案】A 【解析】 SiO2、Fe2O3、Al2O3,加入足量NaOH溶液充分反应后,过滤,向所得溶液中含有硅酸钠、偏铝酸钠,加入过量盐酸,生成硅酸沉淀,将所得滤渣洗涤并灼烧生成二氧化硅,故A正确。 2.蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验,首先将其溶于过量的盐酸,过滤后,在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述正确的是 A.沉淀X的成分是SiO2 B.将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤,可得到红色颜料Fe2O3 C.在溶液Y中加入过量的NaOH溶液,过滤得到沉淀是Fe(OH)3 D.溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+ 【答案】A 【解析】 【分析】 金属氧化物MgO、A12O3、Fe2O3会溶于盐酸,生成氯化镁、氯化铝以及氯化铁,过滤后,得的沉淀X是二氧化硅,溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸,向Y 中加入过量的氢氧化钠,会生成氢氧化镁、氢氧化铁沉淀,过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠等。 【详解】 A、沉淀X的成分是SiO2,A正确; B、将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤,可得到MgO、Fe2O3的混合物,B错误; C、溶液Y中加入过量的NaOH溶液后过滤,过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠,沉淀是氢氧化镁、氢氧化铁沉淀,C错误; D、溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸,含有的阳离子主要是 Mg2+、Al3+、Fe3+、H+,D错误; 答案选A。 3.下列说法中正确的是 A.水玻璃和石英的主要成分都是SiO2
第一章绪论 1.什么是材料化学?其主要特点是什么? 答:材料化学是关于材料的结构,性能,制备和应用的化学;其主要特点是跨学科性和实践性。 2.新石器时代的标志是什么? 答:其标志为陶器和农业的出现。 3.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成别的物质,而材料则一般可重复,持续使用,除了正常消耗,它不会不可逆的转变成别的物质。 4.材料按其组成和结构可以分为哪几类? 答:金属材料,无机非金属材料,聚合物材料和复合材料。 5、简述材料化学的主要研究内容 结构:组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布 性能:材料固有的化学、物理及力学方面的性能 制备:将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续的过程 应用 中国农业银行企业文化核心理念 一、中国农业银行使命 面向“三农”,服务城乡,回报股东,成就员工 二、中国农业银行愿景 建设城乡一体化的全能型国际金融企业 三、中国农业银行核心价值观 诚信立业,稳健行远 四、核心价值观指导下的相关理念 (一)经营理念:以市场为导向,以客户为中心,以效益为目标。 (二)管理理念:细节决定成败,合规创造价值,责任成就事业。 (三)服务理念:客户至上,始终如一。 (四)风险理念:违规就是风险,安全就是效益。 (五)人才理念:德才兼备,以德为本,尚贤用能,绩效为先。
中国农业银行企业文化核心理念简要释义 一、中国农业银行使命:面向“三农”,服务城乡,回报股东,成就员工 使命是中国农业银行开展全部活动的根本原因和终极责任的集中反映。中国农业银行致力为中国“三农”事业贡献力量,为最广大城乡客户提供优质金融产品与服务,为股东创造持续一流价值回报,为员工创造良好工作环境、搭建事业发展平台,着力实现与国家、社会、客户、股东以及员工等各利益相关方的和谐相处、繁荣共进。
一、填空题(共10 小题,每题2分,共计20分) 1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料 和复合材料四大类。 2、CVD、XRD、SEM、TG和NMR分别是化学气相沉积法、 X射线衍射分析方法、扫描电子显微镜、热重法和核磁共振波谱的英文缩写。 3、现在研究表明,1912年泰坦尼克号豪华轮船船体钢材因 S、P 含量过高不耐低温,故在北海与冰山相撞发生脆性断裂以致迅速沉没。如果钢材中添加 13%的Ni ,或者直接采用面心立方结构的铝合金或奥氏体不锈钢,该惨剧可能不会发生。 4、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。 5、形状记忆效应实质上是在温度和应力作用下合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。 6、各向异性材料的硬度取决于物质中存在的化学键中最弱的键,而熔点和化学反应性则取决于化学键中最强的键。 7、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。 8、复合材料中,通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相相,称为增强材料(或增强体);两相之间存在着相界面。 9、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。 10、非晶态金属材料同时具有高强度、高韧性的力学性能。 二、名词解释(共 5小题,每题4分,共计20分) 1、合金:由两种或以上的金属非金属经过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 2、奥氏体:碳溶解在g-Fe中的间隙固溶体。 3、固溶体:一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中,而仍保持另一组元 的晶格类型的固态晶体。 4、超塑性现象:金属在某一小的应力状态下,可以延伸十倍甚至是上百倍,既不出现缩颈,也不发 生断裂,呈现一种异常的延伸现象。 5、表面效应:表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅 度地变化,粒子的表面能及表面张力也随着增加,从而引起纳米粒子性质的变化。 三、判断题(共10 小题,每题1 分,共计10分) 1、超导材料的迈斯纳效应就是指超导体的零电阻现象。(×) 2、饱和性和无定向性是离子键的特点。(√) 3、要制得非晶态材料,最根本的条件是使熔体快速冷却,并冷却到材料的再结晶温度以下。(√) 4、组元是材料性能的决定性因素。(√) 5、如果只形成空位而不形成等量的间隙原子,这样形成的缺陷称为弗仑克尔缺陷。(×) 6、在晶态聚合物中,通常可能同时存在晶态和非晶态两种结构。(√) 7、非晶态金属材料不存在长程有序性,但能观察到晶粒的存在,存在近程有序性。(×) 8、空位缺陷的存在会增高离子晶体的电阻率和金属晶体的电导率。(×) 9、纳米微粒的熔点和烧结温度比常规粉体要高。(×) 10、定向凝固和粉末冶金技术可以提高合金的高温强度。(√) 四、简答题(共5小题,每题 6 分,共计 30分)1、简述光纤的光导原理。光纤的作用是什么?如何使石英光纤内外层具有不同的折射率? 答:光导原理:利用折射率较大的纤芯和折射率较小的包层之间折射率的差别,依靠全反射原理实现光信息传输。光纤的作用是将始端的入射光线传输到终端,利用光来传输信息和图像。在内纤芯石英中掺入GeO2、P2O5以提高其折射率,在外包层材料中掺入B2O3或F来降低其折射率。 2、举例说明金属材料与高分子改性的基本原理? 答: 1.混合法则:在复合材料中,已知各组分材料的力学性能,物理性能的情况下,复合材料的力学性能和物理性能主要取决于组成复合材料的材料组分的体积的百分比(%)。 2.界面作用:复合材料的界面实质上是具有纳米级以上厚度的界面层,有的还会形成与增强材料和基体有明显差别的新相,称之为界面相。 3、简述高吸水性树脂的结构特征、吸水原理。 答:高吸水性树脂的结构特征: 1. 分子中具有强亲水性基团,如羟基、羧基,能够与水分子形成氢键; 2. 树脂具有交联结构; 3. 聚合物内部具有较高的离子浓度; 4. 聚合物具有较高的分子量 吸水原理: 阶段1:通过毛细管吸附和分散作用吸水,较慢。 阶段2:水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解, 离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。 阶段3:随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。 4、从结构、处理技术、性能以及应用四方面说明特种纤维Kevlar-49被誉为“人造钢丝”的原因。答:结构上,Kevlar-49的大分子链由苯基和酰胺基构成,这种分子是比较僵直的,是刚性链,分子之间还存在氢键,这是Kevlar-49具有高强度和高模量的内在原因;技术上,采用了液晶纺丝技术和高温拉伸处理,使分子链排列彼此平行取向;性能上,Kevlar-49是一种相对密度小,高强度、高模量的理想的增强纤维;应用上,Kevlar-49可用来制作防弹背心、航天加压服及火箭壳体等。 5、聚合物分子量有何特点,其四种平均分子量有何关系? 答:聚合物的分子量有两个特点,一是分子量大;二是分子量的多分散性;数均分子量小于重均分子量小于粘均分子量小于Z均分子量。 五、论述题。(共2小题,共计 20分) 1、某产品的开发团队想要解决一组能够在湿表面的粘合剂,该种粘合剂在汽车行业有应用前景。根 据上述问题提出粘合剂的解决方案。 答:要找到能够在湿表面起到黏结作用的粘合剂必须满足以下条件:(1)、具有一定的表面活性作用,能够被粘物表面的水分子置换或反应、吸收或混溶而被排除;(2)、能在水下对被粘表面良好润湿;(3)、胶黏剂遇水后保持稳定,不被水破坏,粘结固化后强度基本不随时间变化;(4)、可在水下条件完成固化,且能耐水浸泡 具体实施方案如下:设计一种水下环氧胶黏剂 水下固化剂(α-氰基丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类、多肽类等)+吸水性填料(氧化钙、膨润土、石膏粉、滑石粉、水泥等) 方法:810水下环氧固化剂+环氧树脂+纳米蒙脱土+滑石粉 其中加入纳米蒙脱土和滑石粉两种填料,利用两种填料的协同作用,由于滑石粉吸水作用和纳米粒子的强化作用,使其在水中的剪切强度随时间变化不大,呈现很好的稳定性,一般两种填料的比例为滑石粉:MMT=10:1(质量比)效果最佳。 2、有一则化妆品电视广告宣称其每半滴乳液包含100亿个水分子,请从材料化学的角度评价之?答:要点:1mol水含6.023×10^23个水分子,半滴乳液约0.5-1ml,其密度约为1g/ml,重约0.5-1g,含100亿个水分子,水含量约为1.6×10-14mol, 这样微量的水含量很容易达到,因此此广告纯属噱头。
材料化学课后习题 第1章原子结构与键合 1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定? 2. 在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则? 3. 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? 4. 何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数? 5. 铬的原子序数为24,它共有四种同位素:4.31%的Cr原子含有26个 中子,83.76%含有28个中子,9.55%含有29个中子,且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。 6. 铜的原子序数为29,相对原子质量为63.54,它共有两种同位素Cu63 和Cu65,试求两种铜的同位素之含量百分比。 7. 锡的原子序数为50,除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。 试从原子结构角度来确定锡的价电子数。 8. 铂的原子序数为78,它在5d亚层中只有9个电子,并且在5f层中没 有电子,请问在Pt的6s亚层中有几个电子? 9. 已知某元素原子序数为32,根据原子的电子结构知识,试指出它属 于哪个周期?哪个族?并判断其金属性强弱。 10. S的化学行为有时象6价的元素,而有时却象4价元素。试解释S这种 行为的原因? 11. Al2O3的密度为3.8g/cm3,试计算a)1mm3中存在多少原子?b)1g中含有 多少原子? 12. 尽管HF的相对分子质量较低,请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要 比HCl的沸腾温度(-85℃)高? 13. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类,试从高分子链结 构角度加以解释之。 14. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的 方法实现。若用氯取代聚乙烯中8%的氢原子,试计算需添加氯的质量分数。第2章固体结构
一、名词解释: 材料:人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质。(可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。) 晶体:晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。(具有格子构造的固体) 空间点阵:表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。(表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。) 晶向:空间点阵的结点可以看成是分列在一系列相互平行的直线上,这些直线系称为晶列,同一个格子可以形成方向不同的晶列,每一个晶列定义了一个方向,称为晶向。 晶面:空间点阵的结点可以从各个方向被划分为许多组平行且等距的平面点阵,这些平面点阵所处的平面称为晶面。 对称:是指物体相同部分作有规律的重复。 点群:晶体结构中所有点对称要素(对称面、对称中心、对称轴和旋转反演轴)的集合。空间群:是指一个晶体结构中所有对称要素集合。 肖特基缺陷:正常格点上的质点,在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面,而在晶体内部正常格点上留下空位。 弗伦克尔缺陷:在晶格热振动时,一些能量较大的质点离开平衡位置后,进入到间隙位置,形成间隙质点,而在原来位置上形成空位。 置换固溶体:溶质原子替换溶剂原子的位置形成的固溶体。 间隙固溶体:溶质原子填入溶剂晶格间隙中形成的固溶体。 中间相:合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。相律:相平衡体系中揭示相数P ,独立组分数C和自由度F之间关系的规律。 相图:表达多相体系的状态随温度、压力、组成等强度性质变化情况的图形。 二、填空题 1、材料按化学组成,可分为(金属材料)、(无机非金属材料)、(有机高分子材料)、(复合材料);根据材料的性能,可分为(结构材料)和(功能材料)。 2、物质的三态:气态、液态和固态,从宏观上来看,气体和液体表现为(流动性),固体表现出(固体性)。液体在缓慢降温过程中形成(晶体),在急冷过程中形成(非晶体)。 3、晶体与非晶体的根本区别是:晶体具有(长程有序),而非晶体(长程无序、短程有序)。 4、实际晶体结构、基元和点阵的关系可概括为(晶体结构= 点阵+ 基元);点阵是周期性重复的(方式),基元是周期性重复的(内容)。
第二章 2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤,请说明: 1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时,应该采用哪些方法加快 固相反应进行? 2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时,人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉 淀法得到前体物,再于高温下反应制备所需产物,请说明原因。 3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法,请 说明“软化学”合成的主要含义,及其在固体化学和材料化学中所起的作用 和意义。 答: 1. 详见P6 A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积; B.扩大产物相的成核速率 C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。 2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段 固相反应中反应物颗粒较大,为了使扩散反应能够进行,就得使得反应温度 很高,并且机械的方法混合原料很难混合均匀。共沉淀法便是使得反应原料在高 温反映前就已经达到原子水平的混合,可大大的加快反应速度; 由于制备很多材料时,它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系,为了克 服这个限制,发展了溶胶-凝胶法,这个方法可以使反应物在原子水平上达到均 匀的混合,并且使用范围广。 3. P22 “软化学”即就是研究在温和的反应条件下,缓慢的反应进程中,采取迂回 步骤以制备有关材料的化学领域。 2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢,怎样才能加快反应速 率? 答:P6 以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例,反应的第一步是生成42O MgAl 晶核, 其晶核的生长是比较困难的,+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步,因 为扩散速率很慢,所以反应速率很慢,加快反应速率的方法见2.1(1)。 第三章 (张芬华整理) 3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆 积中原子的配位情况。 答:简单立方堆积、 6 立方密堆积、 12
1、什么是材料化学?其主要特点是什么? 答:材料化学是与材料相关的化学学科的一个分支,是与材料的结构、性质、制备及应用相关的化学。材料化学的主要特点是跨学科性和实践性 2、一些物理量在元素周期表中规律, 答:电离势同一周期的主族元素从左到右增大,稀有气体最大;同一周期的副族元素从左到右略有增加。同一主族,从上到下减小;同一副族从上到下呈无规则变化。电子亲和势同周期从左到右大体上增加,同族元素变化不大。电负性同周期从左到右变大,同主族从上到下减小。 材料中的结合键有哪几种?各自的特点如何?对材料的特性有何影响? 3、原子间结合键有哪些,怎么分类? 答:依据键的强弱可分为主价键和次价键。主价键是指两个或多个原子之间通过电子转移或电子共享而形成的键合,即化学键;主要包括离子键、共价键和金属键。次价键如范德华键是一种弱的键合力,是物理键,氢键也是次价键。 4、谈谈化学锈蚀和电化学锈蚀的各自特点和机理。 答:化学锈蚀是指金属与非电解质接触时,介质中的分子被金属表面所吸附并分解成原子,然后与金属原子化合,生成锈蚀产物。可以利用致密氧化膜的保护特性。电化学锈蚀原理与金属原电池的原理相同。即当两种金属在电解质溶液中构成原电池时,作为原电池负极的金属就会被锈蚀。在金属材料上外加较活泼的金属作为阳极,而金属材料作为阴极,电化学腐蚀时阳极被腐蚀金属材料主体得以保护。 5、如何防止或减轻高分子材料的老化? 答:在制造成品时通常都要加入适当的抗氧化剂和光稳定剂(光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂)可提高其抗氧化能力。 6、试解释为何铝材不易生锈,而铁则较易生锈?
答:铝在空气中可以生成致密得氧化物膜,阻止与空气得进一步接触,所以不易生锈;铁在空气中生成疏松得氧化物膜,不能隔绝空气,特别是铁在潮湿得空气中能够发生电化学反应,因此加大了锈蚀,所以铁较易生锈。 7、谈谈热膨胀系数相关知识。 答:热膨胀系数分线膨胀系数和体膨胀系数。不同材料的膨胀系数不同。金属和无机非金属的膨胀系数较小,聚合物材料的膨胀系数较大。因素分析:原子间结合键越强,热胖胀系数越小,结合键越弱则热膨胀系数较大;材料的结构组织对其热膨胀系数也有影响,结构致密的固体,膨胀系数大。 8、用什么方式是半导体变为导体? 答:升高温度,电子激发到空带的机会越大,因而电导率越高,这类半导体称为本征半导体。另一类半导体通过掺杂使电子结构发生变化而制备的称为非本征半导体。 9、用能带理论说明什么是导体、半导体和绝缘体。 答: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。 10、光颜色的影响因素? 答:金属颜色取决于反射光的波长,无机非金属材料的颜色通常与吸收特性有关。引进在导带和价带之间产生能级的结构缺陷,可以影响离子材料和共价材料的颜色。 11、通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物还原剂? 答:2C(s)+O2=2CO(s) 对于该反应式从图中可以看出,其温度越高,?G0的负值越大,其稳定性也就越高,即该反应中碳的还原性越强。 12、埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正,但反应C+O2=CO2的斜率为0,反应2C+O2=2CO的斜率为负,请解释原因。 答:△G0=△H0-T△S0,?G0与温度T关系式的斜率为-△S0 对于反应C+O2=CO2,氧化过程气体数目不变,则?S0=0, (-?S0)=0,斜率为零。 对于反应2C+O2=2CO,氧化过程气体数目增加,则?S0>0, (- ?S0)<0,斜率为负。 13、水热法之考点 答:是指在高压釜中,通过对反应体系加热加压(或自生蒸汽压),创造一个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。利用水热法在较低的温度下实现单晶的生长,避免了晶体相变引起的物理缺。 14、化学气相沉积法之考点 答:优点:沉积速度高,可获得厚涂层;沉积的涂层对对底材有良好的附着性;真空密封性良好;在低温下可镀上高熔点材料镀层;晶粒大小和微结构可控制;设备简单、经济。缺点:不适合与低耐热性工件镀膜;反应需要挥发物不适用一般可电镀金属;需要可形成稳定固体化合物的化学反应;反应释放剧毒物质,需要封闭系统;反应物使用率低且某些反应物价格昂贵。 15、输运法作用 答:可用于材料的提纯、单晶的气相生长和薄膜的气相沉积等,也可用于新化合物的合成。 16、溶胶—凝胶法的原理以及优缺点是什么? 答:溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解、缩合化学反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶,凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶 优点:(1)由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。(2)由于经过溶液反应步骤,那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实
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 l99:—、二二 P 222: 一、 三(1) P 236: 、 - 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。 运]=_包]、僵]=爸 \ V S \ :S V \ V T \: T V 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 c 金属键> c 离子键> c 极性共价键> c 非极性共价键。 2.麦克斯韦关系式为 3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势,定义为 % =G B 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幕乘积成正比,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,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CaCOs)=CaO(s)+CO2(g)的△?*,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: r G:298K - -RTI nK,--RTI n j 与一8.314 298 " !囂=0 中南大学考试试卷 200 -- 200 学年上学期时间110分钟 材料化学原理课程 64 学时 4学分考试形式:闭卷 专业年级:材化班总分100分,占总评成绩70% 注:此页不作答题纸,请将答案写在答题纸上 一、名词解释(16分,每题4分) 1、晶界偏析 在平衡条件下,溶质原子(离子)在晶界处浓度偏离平均浓度(2分)。由于晶界结构缺陷比晶内多,溶质原子(离子)处于晶内的能量比处在晶界的能量高,因此,通过偏析使系统能量降低(2分)。 2、重构性相变 重构性相变过程伴随有化学键的破坏与生成,原子重新排列,需激活能大(4分)。 3、均匀形核 组成一定,熔体均匀一相,在T0温度下析晶,发生在整个熔体内部,析出物质组成与熔体一致(4分)。 4、二次再结晶 正常晶粒生长由于气孔、二次相粒子等阻碍而停止时,在均匀基相中少数大晶粒在界面能作用下向邻近小晶粒曲率中心推进,而使大晶粒成为二次再结晶的核心,晶粒迅速长大(4分)。 二、填空题(36分,每题4分) 1、固相烧结初期的扩散传质机理主要有表面扩散、晶格扩散、界面扩散、蒸发-凝聚,其中蒸发-凝聚对烧结致密化没有影响,只是改变晶粒的表面形貌。(每空1分) 2、金属或合金形成抗氧化性膜的基本条件有P-B比大于1、良好的化学稳定性 有一定的强度和塑性。(第一空2分,其余两空各1分) 3、在MgO中添加少量Al2O3(摩尔分数为x)形成置换固溶体,其 分子简式为 O V Al Mg x 2 1 (Mg) x x 2 3 1 其密度随掺杂量x的增大而减少(增大、 减少或不变)。(每空2分) 4、材料实际表面有_扩散层_____、_加工层、_氧化层_____、 锈蚀和灰尘等______、_污垢层等几层。(每空1分) 5、电极电位越高,越__易____得电子,__氧化____能力越强。 (每空2分)中南大学材料化学原理试卷