习题一答案
1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？
答：（1）晶体的一般特点是：
a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体
b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质
c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸
多面体外形
d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点
e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性
（2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系：
点阵结构＝点阵＋结构基元
点阵＝点阵结构－结构基元
2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中C—C化学键长为1.54?。试根据C原子的立体化学计算分子的链周期。
答：因为C原子间夹角约为109.5°
，所以链周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51?
3、由X射线法测得下列链型高分子的
周期如下，试将与前题比较思考并说明
其物理意义。化学式
链周期
聚乙烯醇 2.52
聚氯乙烯 5.1
聚偏二氯乙烯 4.7
答：由题中表格可知，聚乙烯醇的链周期为2.52 ?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH体积比H大，它的排斥作用使C原子间夹角变大，因而链周期加长，但链周期仍包含两个C原子；聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，是聚乙烯链周期的两倍多，这说明它的链周期中包含四个C原子，原因是原子的半径较大Cl原子为使原子间排斥最小，相互交错排列，其结构式如下：
聚偏二氯乙烯链周期为4.7 ?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，可知链周期仍包含4个C原子。周期缩短的原因是由于同一个C原子上有2个Cl原子，为使排斥能最小它们将交叉排列，即每个Cl原子在相邻2个Cl原子的空隙处。这样分子链沿C-C键的扭曲缩小了链周期。
4．石墨分子如图所示的无限伸展的层形分子请从结构中引出点阵结构单位来，已知分子中相邻原子间距为1.42?，请指出正当结构单位中基本向量a和b的长度和它们之间的夹角。每个结构单位中包括几个碳原子？包括几个C-C化学键?
解：点阵结构单元为，基本向量长度2.41?，基本向量之间夹角120o，每个结构单元中包含2个碳原子，包含三个C-C化学键。
5．试叙述划分正当点阵单位所依据的原则。平面点阵有哪几种类型与型式? 请论证其中只有矩形单位有带心不带心的两种型式，而其它三种类型只有不带心的型式?
答：划分正当点阵单位所依据的原则是：在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位作正当点阵单位。平面点阵可划分为四种类型，五种形式的正当平面格子：正方，六方，矩形，带心矩形，平行四边形。
（a）若划分为六方格子中心带点，破坏六重轴的对称性，实际上该点阵的对称性属于矩形格子。（b）（c）分别划分为正方带心和平行四边形带心格子时，还可以划分成更小的格子。（d）如果将矩形带心格子继续划分，将破坏直角的规则性，故矩形带心格子为正当格子。6．什么叫晶胞，什么叫正当晶胞，区别是什么?
答：晶胞即为空间格子将晶体结构截成的一个个大小，形状相等，包含等同内容的基本单位。在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位作正当点阵单位，相应的晶胞叫正当晶胞。
7．试指出金刚石、NaCl、CsCl晶胞中原子的种类，数目及它们所属的点阵型式。
答：
8．四方晶系的金红石晶体结构中，晶胞参数为a=b=4.58 ?，c=2.98 ?，α=β=γ=90o,求算坐标为（0,0,0）处的Ti 原子到坐标为（0.31,0.31,0）处的氧原子间的距离。 解：根据晶胞中原子间距离公式d ＝[(x 1
-x 2
)2
*
a+(y 1
-y 2
)2
*
b+(z 1
-z 2
)2
*
c]1/2
，
得d ＝[(0.31-0)2 *
a +(0.31-0)2 *
a +(0-0)2 *
c]
1/2
＝0.31 *
2
1/2
*
4.58?
＝2.01?
9.什么叫晶面指标，标出下图所示点阵单位中各阴影面的晶面指标。
答：晶面指标（hkl ）是平面点阵面在三个晶轴上的倒易截数之比，它是用来标记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的取向关系的参数。
10.晶面交角守恒是指什么角守恒，为何守恒？晶面的形状和大小为什么不守恒？晶体外形一般说受那些因素的影响？
答：晶面交角守恒定律，即是同一种晶体的每两个相应界面间的夹角保持恒定不变的数值，若对应各相应的晶面分别引法线，则每两条法线之间的夹角（晶面夹角）也必为一个常数。晶面交角守恒定律是在1669年首先由斯蒂诺发现后经过其他学者反复实测、验证，直至18
世纪80年代才最后确定下来的。这一规律完全是由于晶体具有点阵结构这一规律决定的。
因为晶体的大小和形状不仅受内部结构的制约，还受外部因素的影响，所以晶面的形状和大小是不守恒的。
一般说来，晶体外形除了其内部结构制约，在一定程度上还受到外因，如温度、压力、浓度和杂质的影响。
11.论证在晶体结构中不可能存在五重旋转轴。
证明：
设晶体中有一n次螺旋轴通过O点，根据对称元素取向定理，必有点阵面与n重轴垂直。而其中必有与n重轴垂直的素向量，将作用于O点得到A’点。设n重旋转轴的基转角2π/n，则L(2π/n)与L(-2π/n)必能使点阵复原。这就必有点阵B与B’，如上图所示。
由图可以看出BB’必平行于AA’，即：BB’//AA’，则：向量BB’属于素向量为a平移群，那么：
m的取值与n的关系如下表：
m cos(2π/n) 2π/n n
-2 -1 2π/2 2
-1 -1/2 2π/3 3
0 0 2π/4 4
1 1/
2 2π/6 6
2 1 2π/1 1
由上表可知，晶体结构中不可能存在五重旋转轴。并且不可能存在高于六次的对称轴。 12、有A 、B 、C 三种晶体，分别属于C 2v
、C 2h
、D 2d
群。它们各自的特征元素是什么，属于
什么晶系，晶胞参数间的关系如何？各种晶体可能具有什么样的点阵形式。 答：
C 2v
：正交晶系，a ≠b ≠c ，α=β=γ=900
，oP, oC ，oI ，oF ，3个垂直的2 or 2个垂直的m
C 2h
：单斜晶系 a ≠b ≠c α=γ=900
≠β mP, mC (mA, mB) 2 or m
D 2d
：四方晶系 a=b ≠c α=β=γ=900
tP, tI 4 or 4重反轴
13、为什么l4种点阵型式中有正交底心，而无四方底心，也没有立方底心型式?
答：立方底心型式会破坏立方体对角线上三重轴的对称性，不再满足立方晶系特征对称元素
的需要，所以无立方底心型式。
四方底心型式则可以划分为更小的简单格子，且仍保持四重对称轴的对称性，所以无四方底心型式。
而正交底心型式划分为更小的简单格子时，将破坏其α=β=γ=900
的规则性，所以要保留正交底心型式。
14、为什么有立方面心点阵而无四方面心点阵？
答：因为立方面心点阵若取成素晶胞，不再满足立方晶系4个三重轴的特征对称元素的需要。而四方面心点阵可取成更简单的四方体心格子，所以没有四方面心点阵。
15．某一晶体的点阵型式具有三个互相垂直的四重轴、对称面、对称中心, 而此晶体却无4重对称轴、无对称面和对称中心, 问此晶体属于何点群?简述推理过程。
答：由于有一个以上的高次轴，应属于立方群。该晶体点阵型式有三个四重轴，而晶体无4重轴，所以该点阵对称性降低，具有C 3
轴，又晶体无对称面和对称中心，所以具有C 2
轴。综
上分析此晶体属于T 点群。
16．请说明下列空间群国际记号的含义。
答：“–”前面的是熊夫利斯记号，“–”后面的是国际记号。
17、什么是晶体衍射的两个要素?它们与晶体结构有何对应关系？晶体衍射两要素在衍射图上有何反映?
答：晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度
关系：晶胞大小、形状衍射方向衍射（点、峰）的位置
晶胞内原子种类和位置衍射强度衍射点（线）的黑度、宽度峰的高度、高度18、阐明劳埃方程各符号的物理意义，并说明为何摄取劳埃图时需用白色射线，而在用单色特征射线摄取单晶回转图时，需使晶体沿一晶轴旋转？
a，b，c为空间点阵中三个互不平行的基本向量的大小
α
O ，β
O
，γ
O
分别为三个方向上的X射线入射角
α，β，γ分别为三个方向上的衍射角
h，k，l 为一组整数，称为衍射指标，分别表示在三个晶轴方向上波程差所含的波数
λ为波长
α，β，γ三个角度不是彼此完全独立的，他们之间还存在一定的函数关系。这个关系连同劳埃方程共有4个方程，联系3个未知变量，一般得不到确定解。欲得确定解，即欲得衍射图，必须增加变数。两中途径可达到此目的：一是晶体不动，采用多种波长混合的“白色”X射线，即X射线的波长λ在一定范围内发生变化，摄取劳埃图的劳埃照相法就是采用
此法；二是采用单色X射线而使晶体转动，即改变α
O ，β
O
，γ
O
的一个或两个，回转晶
体法就是采用这种方法。
19、明矾有八面体的理想外形，现在想用劳埃图来证明它确为立方晶体，考虑一下工作进行的大致步骤如何?
答：劳埃法为晶体不动，用多色X-光照射，平板底片与X-射线垂直。沿其理想外形的3个四重轴方向分别摄像，分析底片上衍射点的对称性，若每个方向均存在四重轴可证明明矾为立方晶体。
23. 论证具有面心点阵的晶体，其指标hkl奇偶混杂的衍射，强度一律为零。
答：对面心晶体，可知，在（0，0，0），（0，1/2，1/2），（1/2，0，1/2），（1/2，1/2，0）处有相同的原子。f1=f2=f3=f4=f,
因为hkl奇偶混杂，故可能为两偶一奇，或者两奇一偶，则，h+k,k+l,h+l中都是一个偶数，两个奇数。则，cosπ(h+l)，cosπ(k+l)，cosπ(h+k)中有两个是-1，一个是1。故，上式=0
所以，题述结论成立，消光存在。
24. 论证具有体心点阵的晶体，指标h+k+l=奇数的衍射其结构振幅︱F
︱=0.
hkl
答：对体心晶体，可知，在（0，0，0），（1/2，1/2，1/2）处有相同原子。
25. 论证晶体在a方向上有二重螺旋轴时，则h=奇数的结构振幅︱F
︱=0.
h00
答：对具有二重螺旋轴的点阵，在（x,y,z）和（x+1/2，-y,-z）有相同的原子。
26、甲基尿素CH 3
NHCONH 2
（正交晶系）只在下列衍射中出现系统消光：h00
中h=奇；0k0中k=奇；00l 中l=奇，查表确定：（1）点阵型式，（2）有无滑移面存在？（3）有无螺旋轴存在？（4）确定空间群。 解：根据已知条件，查表得：
（1）如题所述，只有h00衍射中h ＝ 奇数，0k0衍射中k = 奇数，00l 中l=奇时有系统消光即hkl 衍射无系统消光，故为素格子。点阵型式为简单正交。 （2）没有滑移面
（3）a,b,c 三个方向有21
螺旋轴
（4）空间群为P212121
27、已知某立方晶系的晶体其密度d=2.16克/厘米3
，化学式量为58.5，用λ=1.542?的单色X 射线，直径为57.3毫米的粉末照相机，摄取了一张粉末图，从图上量得衍射为220的一对粉末弧线间距2l=22.3毫米。求算晶胞参数a 及晶胞中按化学式为单位的“分子数”。 解
：
答:晶胞参数a 为5.744? ，分子数Z 为4。 28、解:
(1)、由公式4θ=2L/R ×180/л得出 θ=L/2R ×180/л
因为实际比值是2:4:6:8:10:12:14:16，所以是立方体心的点阵型式。 (2)、由公式Sin 2
θ=(λ/2a)2
·(h 2
+k 2
+l 2
)得出 a=λ( h 2
+k 2
+l 2)
1/2 /(2sin θ)=1.54×(12+12+02)1/2
/(2sin20.13)=3.17(?) 所以晶体常数a=3.17 ?
(3)、由公式D=nM/VN 0得出
n=DVN 0/M=Da 3
N 0/M =19.3 ×(3.17 ×10-8) 3
×6.02×1023
/183.85=2
即每个晶胞中所含原子的数目是2 29． 尿素的规则外形如图：
(1) 根据图形，确定尿素(NH 2
CO-NH 2
)所属点群及晶系。
(2) 在ˉ4方向，2方向和m 的法线方向上，拍了三张回转图，计算得到相应直线点阵周期
分别为4.73、5.67及8.02，写出晶胞参数。
(3) 测得尿素晶体密度d ＝1.335g ／cm 3
，计算晶胞中的分子数目。
(4) 对衍射图进行指标化后，发现只有h00衍射中h ＝ 奇数，0k0衍射中k = 奇数，有系
统消光，据此判断晶体的点阵型式，并写出空间群的国际符号。 (5) 计算衍射112，121，211的布拉格角(λ ＝ 1.5418?)。
(6) 设粉末照相机半径为5cm ，推算尿素粉末图上述衍射所对应的粉末弧线2l 长． 解:
⑴、尿素所属点群为D 2d
，四方晶系。
⑵、晶胞参数为：a=b=5.67 ? c=4.73 ?
⑶、Z=d ×V ×No/M
=1.335×(5.76×5.76×4.73) ×(10-8)3
×(6.02×1023
)/60 =2
晶胞中原子的数目为2。 ⑷、简单四方点阵
因为如题所述，只有h00衍射中h ＝ 奇数，0k0衍射中k = 奇数，有系统消光即hkl 衍射无系统消光，故为素格子。另如尿素为体心四方点阵，则当h+k+l=奇数时，出现系统消光。那么，对00l 型衍射l 为奇数时亦有消光；但实际没有出现消光，说明它不是体心点阵，而是简单四方点阵。
空间群的国际符号为：
推导过程如下: ∵c 方向上有四重反轴
h00衍射中，h=奇数时出现系统消光，则在平行于a 方向上有21螺旋轴
在垂直于a+b 方向，如有c 滑移面，应在003，005等衍射方向有消光现象，但实际没有,所以没有c 滑移面.只有对称面m. ⑸、公式sin 2
θ=(λ/2a)2
(h 2
+k 2
+l 2
)
对112衍射，sin 2
θ112=(1.5418/2×5.76)2
(12
+12
+22
)
θ=22.21o
对121衍射，sin 2
θ121=(1.5418/2×5.76)2
(12
+22
+12
)
θ=20.17o
对211衍射，sin 2
θ
211=(1.5418/2×5.76)2
(22
+12
+12
)
θ=20.17o
(6) 、公式4θ=(2L×180)/(R×Π)
=(4θ×RΠ)/180=(4×22.21×5×Π)/180=7.751cm 2L
112
=(4θ×RΠ)/180=(4×20.17×5×Π)/180=7.039cm 2L
121
=(4θ×RΠ)/180=(4×20.17×5×Π)/ 180=7.039cm 2L
211
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？ 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 ο 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=，ο 90 ,= = = = =γ β α c b a (2) bcc体心立方有：a3 4R= 3 4R a=；ο 90 ,= = = = =γ β α c b a (3) 简单立方有：R a2 =，ο 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 = =
第一章钢的合金化基础 1、合金钢是如何分类的？ 1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为510%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。 2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。 3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢 2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？ 奥氏体稳定化元素, 主要是、、、C、N、等 铁素体稳定化元素, 主要有、、W、V、、、、B、、等 3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？ 1) 碳化物形成元素：、、、V、、W、、、等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。 2) 形成碳化物的规律 a) 合金渗碳体——与碳的亲和力小，大部分溶入α或γ中，少部分溶入3C中，置换3C中的而形成合金渗碳体（）3C; 、W、少量时，也形成合金渗碳体 b) 合金碳化物——、W 、含量高时，形成M6C(24C 42C)23C6(21W2C6 2W21C6)合金碳化物 c) 特殊碳化物——、V 等与碳亲和力较强时 i. 当<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）、M2C。 . 当>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。 ★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？ 1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属； 2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度； 3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子； 4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。 有效方法：淬火+回火，钢淬火形成马氏体，马氏体中溶有过饱和C和元素，产生很强的固溶强化效应，马氏体形成时还产生高密度位错，位错强化效应很大；是形成许多极细小的取向不同的马氏体，产生细晶强化效应。因此淬火马氏体具有很高强度，但脆性很大，淬火后回火，马氏体中析出碳化物粒子，间隙固溶强化效应虽然大大减小，但产生很强的析出强化效应，由于基体上保持了淬火时细小晶粒，较高密度的位错及一定的固溶强化作用，所以回火马氏体仍具有很高强度，并且因间隙固溶引起的脆性减轻，韧性得到改善。 ★5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性的含义。 1) 固溶强化：当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。 2) 二次硬化：在含、W、V较多的钢中, 回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低, 而是在某一温度后硬度反而增加, 并在某一温度(一般为550℃左右)达到峰值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化 3) 二次淬火：通过某种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火。
1.材料中的结合键有哪几种？它们对材料的特性有何影 响？ 答：一、材料中的结合键有离子键，共价键，金属键，分子键和氢键。具体如下： ㈠、离子键 离子键是由正负电荷的相互吸引造成的。例如，钠原子的价轨道中有一个电子，它很容易将外层电子释放而成为带正电的离子。同样，氯原子容易接受一个电子进入它们的价轨道直至达到八个电子而成为带负电的离子。既然带负电和带正电的材料之间总存在静电引力，那么在带不同电荷的相邻离子间就形成了键。离子键的特点是与正离子相邻的是负离子，与负离子相邻的是正离子。 ㈡、共价键 共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转移，原子间借共用电子对所产生的力而结合，形成共价键。共价键使原子间有很强的吸引力，这一点在金刚石中很明显，金刚石是自然界中最硬的材料，而且它完全是由碳原子组成。每个碳原子有四个价电子，这些价电子与邻近原子共用，形成完全由价电子对结合而成的三维点阵。这些三维点阵使金刚石具有很高的硬度和熔点。 ㈢、金属键 金属是由金属键结合而成的，它具有同非金属完全不同的特性。金属原子的外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，这些外层原子就脱离原子，成为自由电子，为整个金属所共有，自由电子在金属内部运动，形成电子气。这种由自由电子与金属正离子之间的结合方式称为金属键。 ㈣、分子键 分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合键。它是靠原子各自内部电子分布不均匀产生较弱的静电引力，称为范德瓦尔斯力，由这种分子力结合起来的键叫做分子键。 ㈤、氢键
另一种范德瓦尔斯力实际上是极性分子的一种特殊情况。C-H、O-H或N-H键端部暴露的质子是没有电子屏蔽的，所以，这个正电荷可以吸引相邻分子的价电子，于是形成了一种库仑型的键，称为氢键，氢键是所有范德瓦尔斯键中最强的。氢键最典型的例子是水，一个水分子中氢质子吸引相邻分子中氧的孤对电子，氢键使水成为所有低分子量物质中沸点最高的物质。 二、结合键对材料性能的影响 ㈠、金属材料 金属材料的结合键主要是金属键。由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。 金属中也有共价键（如灰锡）和离子键（如金属间化合物Mg3Sb2）。 ㈡、陶瓷材料 简单说来，陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。 ㈢、高分子材料 高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德瓦尔斯键。尽管范德瓦尔斯键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能。 2．介绍贮氢合金类别，并说明其贮氢、释氢化学过程答：自20世纪60年代二元金属氢化物问世以来，人们从未停止过新型贮氢合金的研究与发展，为满足各种性能的要求，已在二元合金的基础上，开发出三元、四元、五元、乃至多元合金。但不论哪种合金，都离不开A、B两种
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。
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
2章材料化学的理论基础 1.用固体能带理论区别导体、半导体、绝缘体。 根据晶体的能带理论，金属晶体中布里渊区一般有重叠，且部分充填。同一区相邻状能级非常接近，只要很下的电场就能把电子提升到相邻的较高能级，导电性好； 半导体物质，第一布里渊区是填满的，和空的第二布里渊区之间只有较小的能量间隙温度升高时，第一布里渊区顶部的电子受到激发，进入到第二布里渊区底部，向自由电子一样，在外加电场的作用下，表现出导电性；温度越高，激发到第二布里渊区的电子越多，其导电性也越强；（ 绝缘体物质，电子填满最低的一系列能带，满带与空带之间的能量间隙很大，电子不能被激发到空带中，因此不能导电。 2.晶体的宏观特性有那些。 自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映 3.说明晶体点阵缺陷的分类情况。 按形成晶体缺陷的原子种类，可将晶体缺陷分成化学缺陷和点阵(几何)缺陷两类。按点阵缺陷在三维空间的尺度，又可将点阵缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。 4.用实验事实简述非晶体材料的几何特征。 在还原气氛中失去部分氧，生成的缺陷反应，说明代表的意义。 5.写出TiO 2 6.晶体一般的特点有哪些；点阵和晶体的结构有何关系。 （1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸 多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元 7.晶体衍射的两个要素是什么它们与晶体结构有何对应关系在衍射图上有何反映。 晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度 关系：晶胞大小、形状?衍射方向?衍射（点、峰）的位置
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 材料化学作业 专业：无机化学 学号：0515 姓名：陈景景 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 σ非极性共价键。 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 ，这种现象称为电极的极化。 e 一．内蒙古科技大学材料化学课后题答案二．应用化学专业1166129108 三．什么是纳米材料？ 答：所谓纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料，或由它们作为基本单元构成的材料。 四．试阐述纳米效应及其对纳米材料性质的影响？ 答： 1.小尺寸效应；使纳米材料较宏观块体材料熔点有显著降低，并使纳米材料呈现出全新的声，光，电磁和热力学特性。 2.表面与界面效应；使纳米颗粒表面具有很高的活性和极强的吸附性。 3. 量子尺寸效应；使纳米微粒的磁，光，热，电以及超导电性与宏观特性有着显著不同。 4. 宏观量子隧道效应；使纳米电子器件不能无限制缩小，即存在微型化的极限。 三．纳米材料的制备方法？ 答：1.将宏观材料分裂成纳米颗粒。 2.通过原子，分子，离子等微观粒子聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。 四．1．玻璃体：冷却过程中粘度逐渐增大，并硬化形成不结晶且没有固定的化学组成硅酸盐材料。 2.陶瓷：凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的黏土为原料经过配料，成型，干燥，焙烧等工艺流程制成的器物都可叫陶瓷。 3.P-型半导体：参杂元素的价电子小于纯元素的价电子的半导体。 4.黑色金属：是指铁，铬，锰金属及它们的合金。 5.有色金属:除铁，铬，锰以外的金属称为有色金属。 6.金属固溶体：一种金属进入到另一种金属的晶格内，对外表现的是溶剂的晶格类型的合金。 7.超导体：具有超低温下失去电阻性质的物质。 五．1．简述传统陶瓷制造的主要原料？ 答：黏土，长石，石英矿是制造传统陶瓷的主要原料。 2.陶瓷是否一定含有玻璃相？ 答：并非所有的陶瓷材料都含有玻璃相，某些非氧特种陶瓷材料可以近乎100%的晶相形式存在。 3.试讨论超导体性质的形成原理及超导状态时所表现出来的特殊现象？ 答：电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这种相互作用是产生超导电子对的原因。温度越低所产生的这种电子对越多，超导电子对不能相互独立地运动，只能以关联的形式做集体运动。于是整个空间范围内的所有电子对在动量上彼此关联成为有序的整体，超导电子对运动时，不像正常电子那样被晶体缺陷和晶格振动散射而产生电阻，从而呈现无电阻的超导现象。物质处于超导状态时会表现出电阻消失和完全抗磁性现象。 4.简述形状记忆合金原理？ 材料化学 功能材料概念及分类 概念：功能材料指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。 分类：从功能方面分：力学功能、高结晶材料、超高强度材料。化学功能：分离功能材料、应用功能材料。物理化学功能：电学功能材料、光学功能材料、能量转换功能材料。生物化学功能：医用功能材料、功能性药物、生物降解材料 功能材料与化学的关系？ 答：到目前为止，化学科学家共发现了100多个元素，这些元素以不同的方式组成了不计其数具备微观结构和物理化学功能的化合物材料，各种晶体材料通过化学键如离子键、共价键、金属键等作用稳定存在；化学作为一门核心、实用、创造性科学，已经为人们认识物质世界和人类文明进步做出了巨大贡献，化学式功能材料专业的基础和工具。 高分子功能材料在所有的材料占比重是多少？60% 什么是分子筛？ 答：狭义上讲，分子筛是具有均分的孔隙结构的晶态硅盐或硅铝酸盐。由硅氧四面体或吕氧四面体通过桥键相连接而形成。广义上讲，结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大小的数量级。能将直径比孔大的分子排斥在外，从而实现筛分分子的作用，分子筛就由此得名。分子筛有哪些功能？ 答：催化、吸附、分离、储能、离子交换、光电材料 分子筛结构？ 答：结构特点，硅氧四面体与吕氧四面体构成骨架，相邻四面体氧桥成环，氧环通过氧桥连接，形成具有三维空间的多面体，不同结构的笼再通过氧桥相互换成不同结构的分子筛。金属阳离子，存在于晶穴，晶孔和孔道中，水分子充满整个空旷的骨架。 C60为什么叫富勒烯，他属于烯烃么？它的别名是什么？ 答：Fullerene；其中前缀Fuller是建筑大师，BuckminsterFuller的姓，词尾ene代表原子族属于有机化学的烯类。C60等不含氢原子但有不少双键，习惯上称作烯。但实际上这类分子不属于有机化学中的烯烃。因其与足球结构类似，所以称为足球烯及巴基球。 富勒烯有什么功能？ 答：物理性质：C60在脂肪烃中的溶解性随溶剂分子的碳原子数增大而增大，但一般溶解性较小。在苯和甲苯中有良好的溶解性，而在CS2中的溶解度较大。超导性，与氧化物超导性比较，C60具有完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，易于成线材等优点。光学性质：C60分子中存在的三维高度非定域电子共轭结构使得它具有良好的光学及非线性光学性能。化学性质：由于C60的共轭无键是非平面，环电流较小，显示不饱和烃的性质，易于发生加成、氧化反应。 请列举至少3个富勒烯的分子式（C28、C32、C50、C60、C70、C90） C60的结构特点 答：C60由60个碳原子构成球形30面体，它含有12个正五边形面积和20个正六边形面，60个顶点全部由60个碳原子占据，每个碳原子都处在一个五边形和两个六边形的连接点上。碳纳米管是什么时候被哪位科学家发现的？日本、饭岛教授、1991年 举例出三种制备碳纳米管的方法？石墨电弧法、固相热解法、化学气相沉积法 碳纳米管有哪些独特性格？ 答：碳纳米管作为一维纳米材料，重量级，六边形结构完美，具有许多异常的功能包括高比面积，力学、热学、光学和电磁学性能等。 为什么要对碳纳米管进行化学修饰？ 答：碳纳米管的实际结构比理想模型复杂得多，它是由通心石墨片柱和卷曲石墨片结构混合 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）。 1.非均匀形核——(1) 核心依附于液体内存在的杂质或容器表面形成。(2) 新相 是在母相中的缺陷处形核，由于缺陷在母相中的成分分布是不均匀的，因此晶核的分布也是不均匀的。(3) 金属结晶时，晶核主要是在液体中杂质的表面、铸型内壁等处形成。 2.伪共晶——在非平衡凝固条件下，成分接近共晶成分的亚共晶或过共晶合金， 凝固后的组织却可以全部是共晶体。这种非共晶合金得到完全的共晶组织称为伪共晶。 3.杠杆定理——在合金相图的两相区中，平衡两相的成分点与合金的成分点位 于一条直线上，前者为杠杆的端点，后者为杠杆的支点，平衡两相的相对量与支点到相应相端点的线段成反比。 4.比重偏析——合金凝固时，由于先后结晶的组成物在密度上的差别，轻的上 浮，重的下沉，形成宏观化学成分不均匀的现象，称为比重偏析。 5.晶体的宏观特性包括：自限性、均匀性、各向异性和对称性。 6.金属结晶时的过冷度越大，结晶驱动力越大，临界晶核尺寸越小，临界 形核功越小，结晶后的晶粒尺寸越小，金属强度越大。 7.冷变形金属经回复以后，力学性能和物理性能的变化主要是内应力和电阻 下降。加热时发生再结晶的驱动力是储存能，它的形核机制主要有多边形化、亚晶形成和亚晶粗化长大三种，再结晶以后，力学性能变化是强度、硬度下降和塑性、韧性提高。 8.理想密排六方结构的单位晶胞原子数为2个，原子半径为a/2，配位数为 12，致密度为0.74，八面体间隙数为2，四面体间隙数为4，原子最密排晶面族为{0001}。 1.（1）图中所示为Fe-Fe3C合金相图，请标明各字母点的成分和温度，并填出 各相区的组织组成物。 （2）分析含0.45%C铁碳合金的平衡凝固过程，画出冷却曲线。 解：（1）上课讲过；（2）画一下 材料化学 第一章 5．试叙述划分正当点阵单位所依据的原则。平面点阵有哪几种类型与型式? 请 论证其中只有矩形单位有带心不带心的两种型式，而其它三种类型只有不带心的 型式? 答：划分正当点阵单位所依据的原则是：在照顾对称性的条件下，尽量选取含点 阵点少的单位作正当点阵单位。平面点阵可划分为四种类型，五种形式的正当平 面格子：正方，六方，矩形，带心矩形，平行四边形。 （a）（b）（c）（d）（a）若划分为六方格子中心带点，破坏六重轴的对称性，实际上该点阵的对称 性属于矩形格子。（b）（c）分别划分为正方带心和平行四边形带心格子时，还可 以划分成更小的格子。（d）如果将矩形带心格子继续划分，将破坏直角的规则性，故矩形带心格子为正当格子。 6．什么叫晶胞，什么叫正当晶胞，区别是什么? 答：晶胞即为空间格子将晶体结构截成的一个个大小，形状相等，包含等同内容 的基本单位。在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位作正当点阵单位，相应的晶胞叫正当晶胞。 9.什么叫晶面指标，标出下图所示点阵单位中各阴影面的晶面指标。 答：晶面指标（hkl）是平面点阵面在三个晶轴上的倒易截数之比，它是用来标 记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的取向关系的参数。 （001）（1 10） （11 1）（0 1 1） （1 11）（101） 12、什么是晶体衍射的两个要素?它们与晶体结构有何对应关系？晶体衍射两要 素在衍射图上有何反映? 答：晶体衍射的两个要素：衍射方向和衍射强度 关系：晶胞大小、形状衍射方向衍射（点、峰）的位置 晶胞内原子种类和位置衍射强度衍射点（线）的黑度、宽度峰的高度、高度 13、阐明劳埃方程各符号的物理意义，并说明为何摄取劳埃图时需用白色射线， 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 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？ 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 = 3 4R a = ，n=2, ∴68.0) 3/4()3/4(2)3/4(23 333===R R a R bcc ππζ (2)六方密堆 n=6 3，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 3525.02 2492 .022 4=?= = , （2）金属镍的密度： A A N a nM abcN nM 3== ρ 3823-34458.69 3.51610 6.02108.972g cm A M a N ρ-??= = ????=? （3）对于立方晶系，面间距公式为： hkl d = 因此有： (100) 晶面间距: 2 2 2 1000 013525.0++= d =0.3525nm 74 .0)3(3 812) 3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =?=?R R R R a a c R ππξ＝R a a c 23 8== (110) 晶面间距: nm d 2493.00113525.02 2 2 110=++= (111) 晶面间距: 2035.03 3525.01 113525.02 2 2 111==++= d nm 4，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 3 ΔV=V 2-V 1=0.02284nm 3, 因此体积增大0.02284 nm 3 5，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： 习题 1（2010 年 3 月 18 日） 2. 下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中 C—C 化学键长为 154pm。试根据 C 习题 1 答案 2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中 C—C 化学键长为 1.54?。试根据 C 原子的立体化学计算分子的链周期。 答： 1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？ 答：（1）晶体的一般特点是： a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体 b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质 c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸 多面体外形 d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点 e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性 （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 2、下图是一个伸展开的聚乙烯分子，其中C—C化学键长为1.54?。试根据C原子的立体化学计算分子的链周期。 答：因为C原子间夹角约为109.5° ，所以链周期＝2×1.54?×sin(109.5°/2)=2.51? 3、由X射线法测得下列链型高分子的 周期如下，试将与前题比较思考并说明 其物理意义。化学式 链周期 聚乙烯醇 2.52 聚氯乙烯 5.1 聚偏二氯乙烯 4.7 答：由题中表格可知，聚乙烯醇的链周期为2.52 ?，比聚乙烯略大，原因可能是-OH体积比H大，它的排斥作用使C原子间夹角变大，因而链周期加长，但链周期仍包含两个C原子；聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，是聚乙烯链周期的两倍多，这说明它的链周期中包含四个C原子，原因是原子的半径较大Cl原子为使原子间排斥最小，相互交错排列，其结构式如下： 聚偏二氯乙烯链周期为4.7 ?比聚乙烯大的多，而接近于聚氯乙烯的链周期为5.1 ?，可知链周期仍包含4个C原子。周期缩短的原因是由于同一个C原子上有2个Cl原子，为使排斥能最 一名词解释 1 晶体：是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 2 点缺陷：它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。 3线缺陷：指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，其特征是两个个方向尺寸上很小另外两个方向延伸较长，也称一维缺陷，集中表现形式是位错，由晶体中原子平面的错动引起 4 面缺陷：指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。 5 本征缺陷：没有杂质的晶体中的缺陷，称为本征缺陷。 6 位错：是晶体中的线缺陷，（即原子排列的一种错排）。 7固溶体：指的是矿物一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不改变整个晶体的结构及对称性等。 8 化学气相沉积法：指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。 9 水解反应法：水与另一化合物反应，该化合物分解为两部分，水中氢原子加到其中的一部分，而羟基加到另一部分，因而得到两种或两种以上新的化合物的反应过程。 10 超耐热合金：指在700~1200℃高温下能满足工作的金属材料。 11 贮氢合金：在一定温度和氢气压力下，能多次吸收，贮存和释放氢气的材料。 12特种陶瓷：又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能,如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。 13 结构陶瓷：由单一或复合的氧化物或非氧化物组成，如单由Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4，或相互复合，或与碳纤维结合而成。 14 氧化铝陶瓷：是一种以氧化铝（AL2O3）为主体的材料，用于厚膜集成电路。 15 非氧化物陶瓷：由碳化物，硅化物和硼化物等制造的陶瓷的总称。 16 功能陶瓷：是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息 17 超导材料：具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。 18 腐蚀：材料(通常指金属)与环境间的物理－化学相互作用，其结果是使材料的性能发生变化，并常可导致材料、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受损伤。 19 化学腐蚀：金属在非电化学作用下的腐蚀（氧化）过程。通常指在非电解质溶液及干燥气体中，纯化学作用引起的腐蚀。 20电化学腐蚀：浸在电解质海水中的金属由于电极电位的不同，形成同时进行的阳极反应和阴极反应的腐蚀过程。 21 腐蚀电池：腐蚀体系中的短路原电池。 22 极化：电极上有电流通过时，电极电势偏离其平衡值的现象。 23 阳极极化：当有电流通过时，阳极的电极电势向正的方向偏移的现象。 24 阴极极化：当有电流通过时，阴极的电极电势向负的方向偏移的现象。 25 活化极化：由于电极反应缓慢而引起的极化。 26 浓差极化：电极上有电流通过时，电极表面附近的反应物或产物浓度变化引起的极化。 27 钝化：在金属表面形成一层薄的氧化物层，使金属腐蚀速率大大降低的过程。 28 应力腐蚀破裂：由应力腐蚀所产生的材料破裂。 29点腐蚀：金属的某一部分被腐蚀成为一些小而深的点孔，腐蚀产物及介质在蚀点底部越材料化学课本作业
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原子的立体化学计算分子的链周期。
CCC CCCC
3. 由 X 射线法测得下列链型高分子的周期如下，试与前题计算结果比较，并说
明其物理意义。
化学式
链周期
聚乙烯醇
CH2 CH n OH
2.52
聚氯乙烯 聚偏二氯乙烯
CH2 CH n
Cl
5.1
Cl
CH2 C n Cl
4.7
4. 根据右图所示平面点阵结构图形回答问题：1）请将 平面点阵结构抽象出相应的平面点阵；2）画出正当 点阵单位；3）指出其点阵型式；4）指出每个结构 基元包含几个 和几个 ；5）用分数坐标表示出正 当点阵单位中所有球的位置。
6. 试指出金钢石、NaCl、CsCl 晶胞中原子的种类，数 目及它们所属点阵型式。
7. 四方晶系的金红石晶体结构中，晶胞参数为 a = b = 458pm, c＝298pm,求算坐 标为(0,0,0)处的 Ti 原子到坐标为(0.31,0.31,0)处的氧原子间的距离。
8. 晶面交角守恒是指什么角守恒，为何守恒？晶面的形状和大小为什么不守恒? 晶体外形一般说受哪些因素的影响？
C 原子间夹角约为 109.5? 链周期＝2×1.54?×sin(109.5?/2)=2.51?
3、由 X 射线法测得下列链型高分子的周期如下，试将与前题比较思考并说明其 物理意义。 答案见《结构化学基础（第 3 版）习题解析》，周公度；段连运，北京：北京大 学出版社，2003，157
4.根据右图所示平面点阵结构图形回答问题： 答： 1）平面点阵结构抽象出相应的平面点阵如下图（左）， 为点阵点。
2）正当点阵单位如上图（右），虚线所示。 3）点阵型式为平面四方。 4）每个结构基元包含 3 个 和 4 个 5）每个正当点阵单位中含 1 个结构基元，各球的位置为：
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