第一章材料高温化学
一、选择题
1、纯物质的自由能G决定于以下因素：（ABCD）
A、物质的化学性质，
B、物质数量，
C、物质的聚集状态，
D、温度和压力。
2、二元系溶体的自由能和（ABCD）有关。
A、相，
B、温度，
C、压力，
D、构成溶体的两种物质的相对量。
3、自蔓燃合成按原料组成可以分为（ABD）
A、铝热剂型，
B、元素粉末型，
C、固体-固体型，
D、混合型
4、自蔓燃合成按反应形态可以分为（ABC）
A、固体一气体反应，
B、固体一液体反应，
C、固体一固体反应，
D、混合型
二、填空题
1、金属冶炼方法分为两种：一种是利用水溶液的湿法冶炼，另一种是利用高温化学反应的干法冶炼。冶炼时，通常用互不相混的两相之间的分配差来完成分离过程。
2、纯物质的自由能G决定于以下因素：物质的化学性质，物质数量，物质的聚集状态，温度和压力。
3、摩尔自由能是温度、压力一定时，所研究的某相中物质的固有量，有时又叫化学势。
4、自由能由焓和熵两部分组成。
5、液体的蒸气压随温度升高而增大；压力降低时，气体化学势曲线的斜度变大。
6、T b温度下单位压力的气体和液体处于平衡，该温度称为标准沸点。
7、对于气体，物质的标准化学势仅是温度的函数，纯物质的化学势是温度和压力的函数。
8、两种或两种以上成分构成的相叫做溶体，包括溶液和固溶体。
9、二元系溶体的自由能不但和相、温度及压力有关，而且取决于构成溶体的两种物质的相对量。
10、区域精炼工艺通常把金属棒横放，在容器中完成精炼过程。
11、在某一给定温度下，决定两个互不相溶的液体的物质分配平衡位置的因素是物质在两种溶液中的最终浓度比。
12、在氧、氢以及其他混合气体气氛中，根据气体成分、组成比、温度及压力等影响因素的不同，有些金属被氧化，有些金属不被氧化。
13、内氧化发生与否，在很大程度上取决于合金中成分元素的种类以及氧的扩散速度，不能单凭热力学分析来确定。
14、自蔓燃合成按原料组成可以分为元素粉末型、铝热剂型、混合型。
15、自蔓燃合成按反应形态可以分为固体一气体反应、固体一液体反应、固体一固体反应。
16、自蔓燃合成过程在宏观上可以看成是以一定速度的波动来传播燃烧带的过程。
三、判断题
1、自由能（G）值越大，物质的状态越稳定。（×）
2、所有纯净化学物质的自由能都随温度上升而降低（或升高）。（√/或×）
3、在考察物质时，可以忽略由压力引起的化学势变化。（×）
4、单位压力下，气体的μg等于μ+,g。（√）
5、当气体压力保持一定时，该气体的化学势随温度急剧上升。（×）
6、同一温度下的不同压力下的气体化学势随压力升高而增大。（√）
7、对于理想稀薄溶体，物质A的标准化学势μAΦ等于纯物质A的化学势。（×）
8、与溶液中溶质的标准化学势相比，固体的化学势越高也就越容易溶解。（√）
9、放在大气中的金属不能立刻被氧化，是因为处于平衡状态。（×）
10、根据热力学分析能判定内氧化发生与否。（×）
四、名词解释
4、冶炼过程——指高温下元素的分离和浓缩过程。其实质是从由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取某种有用金属，再经过精炼后制成的物理化学过程。
※1、区域精炼——利用溶液中析出固体的现象，使其中一种成分浓缩、富聚的方法。
※2、挥发精练——利用液相和气相之间的分配比随成分不同而不同的特性，来除去杂质的精炼方法。
3、自蔓燃合成——利用两种以上物质的生成热，通过连续燃烧放热来合成化合物的过程。
五、简答题
1、什么是冶炼过程？它包括哪几个过程？
答、冶炼过程是指高温下元素的分离和浓缩过程。其实质是从由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取某种有用金属，再经过精炼后制成的物理化学过程。冶炼过程包括：（1）把矿石粉碎分离，经过筛选获得含有某种金属的高品位精矿，这一过程称为选矿过程；（2）对精矿进行高温物理化学处理，提取某种金属（粗金属）的冶炼过程；（3）去除粗金属中杂质的精炼、提纯过程。
2、如何根据固体化学势和液体化学势的大小判定固态和液态之间的相变方向？
答、固态变为液态时，自由能的变化dG/ dn＝μ l－μ s。
dG/dn<0，表明自由能下降，反应自发由左向右进行，即固态向液态转变。
dG/dn>0，表明自由能增加，反应自发由右向左进行，即固态向液态转变。
dG/dn=0，系统处于平衡，固体和液体同时共存。
3、请根据图简要说明纯物质的相变及化学势关系。
温度较低时，单位压力气体的化学势高于液体的化学势，这时
气体凝结；高温时液体的化学势高于气体的化学势，液体蒸发。
温度达到T b时，气体和液体的两条曲线相交，此时两相的化学
势相等，单位压力的气体和液体处于平衡。
4、请根据图简要说明纯物质蒸气压和温度、化学势的关系。
（1）压力大于单位压力时，化学势随温度变化曲线位置高于
μ+,g，反之则低于μ+,g。
（2）液体的蒸气压随温度升高而增大；
（3）压力降低时，气体化学势曲线的斜度变大，即曲线变陡。
5、请根据图从热力学角度简要说明固体物质A在溶剂B中的溶
解。
物质A的溶解行为取决于固体A的化学势大小和溶解过程中溶
质A的化学势大小。与溶液中溶质的标准化学势相比，固体的
化学势越高也就越容易溶解。固体与液体平衡的明显特征是溶液
中A的化学势等于固体A的化学势，即两条曲线的交点。
6、请简述区域精炼的原理。
液相凝固过程中存在着溶质浓度的变化，造成成分不均匀性，产生偏析，其强弱程度可用偏析系数K表示。如果偏析系数K>>1或K<<1，可通过熔化或凝固过程去除杂质，从而获得较高纯度的某一物质。利用这一原理的精炼方法叫做区域精炼。
7、请阐述挥发精炼的原理。
挥发精练是利用液相和气相之间的分配比随成分不同而不同的特性，来除去杂质的精炼方法。二元系中，若杂质成分B和有用成分A的蒸气压不同，则x B g
（1）蒸馏精炼：当x B g （2）挥发精炼：当x B g>x B l时，则液体中杂质成分B的浓度降低，而液体A纯度增高。 8、请简述如何根据氧化物的标准生成吉布斯自由能与温度的关系图来进行金属精炼？ 把各种反应系的平衡关系曲线汇集到一起，绘制成图表，称为ΔG0-T图。利用氧化反应精炼金属时，最理想的结果应该是只把杂质成分氧化掉，而精炼的金属本身不被氧化。 ΔG0-T图中，杂质成分的平衡线必须位于精炼金属平衡线的下方，并且距离越远越好。 随着杂质浓度的变化，活度越低平衡线就越向上移动。若杂质成分的平衡线接近或高于精炼金属的平衡线时很难用氧化法去除。大幅度降低杂质氧化物的活度，可以通过氧化法去除这种杂质的可能性。 9、请根据图简要说明平衡氧势和温度的关系。 （1）直线在图中的位置越低，即|ΔG0|越大，金属 氧化后生成的氧化物越稳定，该金属的平衡氧势越 低。 （2）直线随温度升高而向上倾斜，表明温度越高氧 化物越不稳定，即温度升高后氧化物易于分解。温度 越高，平衡氧势越大 （3）这些直线可以推测金属不氧化的最低平衡氧 势，还可以判定氧化物的稳定性强弱。 10、请简述自蔓燃合成的工艺过程。 首先把元素的混合粉末装到坩埚里，压制成一定形状，然后利用放电或电阻丝通电使其一端快速加热（点火），当原材料的温度达到燃点时，反应开始并放出生成热。这一生成热又使着火点周围的温度升高，引起某些混合粉末燃烧后再放出生成热。通过这一个连锁反应过程使化学反应在整个混合粉末中传播，最终全部生成化合物。 六、综合分析题 1、请根据图阐述区域精炼的原理。 利用溶液中析出固体的现象，使其中一种成分浓缩、 富聚的方法叫做区域精炼。在温度T*下二元系中溶 质浓度C L*的液相和溶质浓度C S*的固相处于平衡且 共存。由于C L*>C S*，因此浓度为C L*的液相凝固时， 在固-液界面析出浓度为C S*的固相，说明凝固过程中存在着溶质浓度的变化，造成成分不均匀性，产生偏析。其强弱程度可用偏析系数k表示： C S*/ C L*=k。 如果K>>1或K<<1，可通过熔化或凝固过程去除杂质，从而获得较高纯度的某一物质。利用这一原理的精炼方法就是区域精炼。 第二章固态相变（金属的相变和析出） 一、选择题 1、下列属于无成分变化的扩散相变的是（A） A、有序-无序转变， B、马氏体相变， C、固体-固体型， D、混合型 2、和表面金属原子发生化学吸附的氢原子可以形成以下三种结构：（A、B、D）。 A、氢阳离子， B、氢阴离子， C、混合型， D、共价键 3、在相变和析出过程中，（B、D）是优先成核部位。 A、成分起伏， B、晶界， C、结构起伏， D、位错 4、化学吸附的类型有（A、B、C） A、离子键型， B、共价键型， C、混合型， D、表面型 二、填空题 1、金属材料的相变有扩散相变和无扩散相变两种。 2、固态相变的过程包含形核和长大两个过程。 3、形核的两种方式： （1）均匀形核：由晶胚直接形成核的过程 （2）非均匀形核：晶胚依附在其他物质表面上形成晶核的过程。 4、在扩散相变和析出时，系统的整个自由能变化被分成两部分，并分别被晶格转变和原子扩散这两个过程消耗。 5、氢在金属表面的吸附可分为物理吸附和化学吸附。 6、激活能引起吸附物的化学转变不仅控制平衡吸附的总量，而且控制吸附过程的速率。 7、吸氢材料分为两种：一种和氢反应放出热量；另一种在吸热的同时吸收氢气。 8、测定金属吸氢特性最常用的方法是测出PCT曲线（压力-成分等温曲线）。其中压力一定的区域即等压水平线，是固溶体和氢化物的两相共存区。 9、氢原子在吸附过程中的存在形式，取决于氢原子和金属间的负电性差。 三、判断题 1、随着相变或析出，系统的自由能减小。（√） 2、原子长程迁移的扩散相变和析出过程基本相同。（√） 3、均匀成核和非均匀成核都是新相胚芽通过原子扩散而一步步生长。（√） 4、物理吸附是可逆的，而化学吸附大多缺乏可逆性。（√） 5、随着覆盖率的增加，吸附激活能增加，吸附热也增加。（×） 6、和氢发生放热反应的金属，生成稳定的氢化物。（√） 四、名词解释 1、活化化学吸附：如果向处于物理吸附状态的氢分子提供发生化学吸附所必需的激活能，氢分子就会分解成氢原子，从而由物理吸附转变为化学吸附，这种反应称为活化化学吸附。※ 2、吸氢储氢合金：具有氢化物的室温氢分解压是数百kPa，且单位体积的氢含量超过了液态氢这种特性的金属间化合物及其合金称为吸氢储氢合金。 五、简答题 1、请简述什么是金属材料的相变及其类型。 金属材料的组织、结构在温度、压力、成分改变时所发生的转变统称为相变。金属的相变有两种，一种是在晶格发生变化的同时伴有原子扩撒的相变，称为扩散相变；另一种是只发生晶格变化而无原子扩散的相变。扩散相变又可分为两类，一类是溶质原子作长程迁移，从而引起母相和生成相之间的成分变化；另一类是原子只在界面附近作短程扩散，因此成分不发生变化。 2、晶体缺陷形核理论（经典形核理论） （1）晶核的初始阶段为胚芽，胚芽在高温时即已存在。随着温度的降低，当驱动力超过某一数值，胚芽超过临界尺寸后变成稳定的新相核心时，引发相变开始。 （2）在相变和析出过程中，晶界、位错和滑移带等晶格缺陷成为优先形核部位，在这些位置上新相被诱发非均匀形核。 （3）过冷度增大时，析出数量远远超过晶格缺陷提供的优先形核位置数，说明成分起伏和结构起伏也同时引发均匀形核。 （4）无论是均匀形核，还是非均匀形核，都是新相胚芽通过原子扩散而一步步生长，达到 临界晶核后，进入长大阶段。 3、请根据图说明形核驱动力。 母相的初始浓度为C∞.临界核的自由能’曲线Gmα, 块状自由能曲线Gmα。原子A、B的偏摩尔体积相差不大 时，在G mα曲线上引一条切线，并使该切线平行于过C∞ 点对G mβ所作的切线，这条切线与G mα的切点所对应的 成分C N。ΔG N为形核驱动力 4、请根据图简要说明相变的扩散长大过程。 晶格重组所需驱动力ΔG I远远小于ΔG时，溶质原子的扩 散过程控制相变速度，若生成相中溶质的原子浓度小于母 相：平面状的界面一边向界面前方输送溶质原子，一边向 前移动，最后使界面前后两侧的溶质原子处于平衡状态。 (1)界面前方堆积的溶质原子，构成了很陡的浓度梯度，形 成扩散流后被输送到远离界面的前方。 (2)随着相变进行，扩散场不断扩大，浓度梯度逐渐变缓， 界面的移动速度随之降低。 5、氢原子与金属原子M发生化学吸附时可形成哪些结构及其存在形式取决于什么？ 和表面金属原子M发生化学吸附的氢原子，可形成以下三种结构： （1）形成氢阳离子：M-—H+ （M为碱金属及碱土金属）；（2）形成氢阴离于：M+—H- （3）形成共价键：M—H（M为过渡族金属） 氢原子在吸附过程中的存在形式，取决于氢原子和金属间的负电性差。 六、综合分析题 1、请根据自由能—浓度曲线分析并说 明相变驱动力。 (1)α相、β相自由能曲线一般向上凹， 中间成分点取极小值 (2)刚冷却到T2时的状态p，成分为C∞； (3)在C∞处作曲线上的切线，交于C=A、 C=B，即刚到T2时，β相中A、B的 化学势μA,，μ B (4)达到平衡，A、B在α、β相中的化学势相等,由两曲线的公切线Gmα和Gmβ来决定。 (5) ΔG:相变驱动力，是从初期状态开始，经过形核、长大后，系统最终达到平衡状态时的自由能差。 (6) ΔG =ΔG D+ΔG I，ΔG D为原子扩散驱动力；ΔG I为晶格转变驱动力。 相变驱动力就是母相和生成相之间的化学自由能差，即系统的初始状态和最终平衡状态之间的自由能差。 第四章材料表面化学 一、选择题 1、多组分体系的表面张力的变化与（ABCD ）等有关。 A、比表面熵S S， B、化学势变化dμi， C、组分i在表面的过剩分子数Гi， D、温度T 2、清洁表面上有平台、台阶及扭折，此外还有（BD ）两种缺陷。 A、表面偏析， B、表面自吸附原子， C、表面偏聚， D、台阶自吸附原子 二、填空题 1、材料表面化学中为了研究材料表面，把固体材料与气体的界面分为：理想表面、清洁表面、实际表面。 2、清洁表面上有平台、台阶及扭折，称为TLK表面模型。此外还有表面自吸附原子和台阶自吸附原子，这两种缺陷在材料表面所起的作用是产生表面扩散。 3、为了创造表面，必须对系统作功，包括断裂一些键和移开一些相邻原子。 4、固体要使自己具有表面积最小的形状的原因就是为了保持能量最小。 6、多组分体系的表面张力的变化与比表面熵S S、温度T、组分i在表面的过剩分子数Гi以及化学势变化dμi等有关。 三、判断题 1、固体要使自己具有表面积最小的形状的原因就是为了保持能量最大。（×） 2、所有表面热力学性质，都是定义为对于体相热力学性质的过剩。（√） 3、多组分体系的表面张力不等于表面自由能。（√） 四、名词解释 ※1、表面偏聚---合金的表面成分一般不同于合金的整体平均成分，这种现象称为表面偏聚。 2、比表面自由能G S：即体系增加单位表面积所需的吉布斯自由能的增量。 3、表面张力：沿着表面阻止进一步生成表面的压力，也称为表面压力。 4、表面相—有一定厚度的某个实际表面相换成没有厚度的几何学表面（分界面），产生的各种热力学参量定义成表面过剩量。 五、简答题 1、请简述固体表面吸附的类型。 （1）物理吸附：仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。 （2）化学吸附：相当与吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。 2、请简述固体产生新表面的途径。 为了创造表面，必须对系统作功，包括断裂一些键和移开一些相邻原子。 产生新的表面有两种途径： (1)单纯地增加表面积A。如将固体劈开或在高温下将固体延展，使原子扩散到表面而形成新表面的一部分（表面原子数增加） (2)表面原子数目不变，而将原来的表面延展，产生应力。如固体在低温下进行冷操作产生新表面，在低温下应力不会消除 3、什么是表面偏析？ 4、什么是表面相？ 第五章材料激发化学 一、选择题 1、等离子体由（ABCD ）等粒子组成。 A、电子， B、分子， C、原子， D、离子 2下列哪些复合过程属于空间复合。（ABCD） A、双电子复合， B、正负离子碰撞复合， C、三体复合碰撞， D、辐射复合 3、气体放电按所加电场的频率不同可分为直流放电、低频放电、（AC）等类型。 A、微波放电， B、弧光放电， C、高频放电， D、辉光放电 4、离子镀把蒸发源作为阳极，在P等于1Pa的Ar中向基板施加很高的负电压，发生（D ）。 A、汤生放电， B、弧光放电， C、电晕放电， D、辉光放电 二、填空题 1、等离子体的温度定义包括电子温度Te、离子温度Ti、气体温度Tg。 2、等离子体的温度依赖于等离子体的生成条件，特别是电流和压力。 3、等离子体分为热等离子体和低温等离子体两类。 4、为了控制等离子体密度，一般采用增加或减少放电电流的方法来改变电子的生产比率。 5、等离子体空间存在着碰撞、激发和电离、复合、附着和离脱、扩散和迁移等各种现象。 6、电子的非弹性碰撞是等离子体激发、分解及离子化过程中最重要的起因。 7、电离是形成等离子体时必不可少的过程，主要的电离过程有：电子碰撞电离、亚稳态粒子生成、离子碰撞电离、光电离。 8、等离子体主要的空间复合过程有：三体复合碰撞、辐射复合、双电子复合、正负离子碰撞复合。 10、气体放电按所加电场的频率不同可分为直流放电、低频放电、高频放电、微波放电等类型。 11、按放电中占主导地位的基本过程及放电特有现象分为：汤生放电、电晕放电、辉光放电和弧光放电。 12、辉光放电分为：前期辉光、正常辉光和异常辉光。 13、溅射机制大体可以分为热蒸发机制和动量转移机制两类，其中动量转移机制已被广泛接受。 14、基本溅射方法有四种：直流溅射、射频溅射、磁控溅射和反应性溅射。 15、溅射和离子镀是利用等离子体化学反应形成薄膜的两种最常用的方法。 16、PCVD技术的基本特点是实现了薄膜沉积工艺的低温化。 17、光化学反应一般需要能量相当于分子键能（约4-10eV）、波长为30-100nm的短波光，光源有紫外灯和激光。 三、判断题 1、等离子体中的电子、离子和中性分子具有不同的平均动能。（√） 2、任何等离子体化学反应都会涉及到碰撞过程。（√） 3、等离子体中必然存在带电粒子分布不均的现象，从而引起扩散。（×） 4、等离子蚀刻是利用化学析出的气相-固相反应进行的。（×） 5、溅射机制大体可以分为热蒸发机制和动量转移机制两类，其中热蒸发机制已被广泛接受。（×） 6、光化学反应时的激发物是激发态和基态的复合物。（√） 7、光化学反应的特点是分子受激后直接在内部获得自由越过活化势垒，因而不需要热激活， 能进行低温合成。（√） 8、光化学反应的特点是分子受激后逐级跃迁并越过活化势垒，因而不需要热激活，能进行低温合成。（×） 四、名词解释 1、等离子体的复合过程：电离的逆过程，即由电离产生的正负离子之间或正离子与电子之间重新结合成中性原子或分子的过程。 2、气体放电：在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称为气体放电。 3、离子镀—把蒸发源作为阳极，在P等于1Pa的Ar中向基板施加很高的负电压，发生辉光放电。电离后的蒸发原子被静电加速射入到基板上，形成优异致密的薄膜。 4、猝灭：凡加速电子由激发态衰减到基态或低激发态的过程称为态的猝灭。 5、溅射 6、等离子体化学气相沉积 7、热等离子体 8、低温等离子体 9、光化学气相沉积 五、简答题 1、请简述等离子体化学的特征 （1）反应过程低温化、高效率。 （2）易于转化为基团：等离子体空间积累的活化种具有很高的活性，能 与无机、有机化合物进行新的化学反应，而且易于向基团转化。 （3）等离子体-固体表面的相互作用：等离子体在气相—固相反应以及由气相析出固相的反应中有着极大的实用性，如蚀刻、PVCD等，其反应过程都与固体表面有关。 2、请简述等离子体化学气相沉积技术。 等离子体化学气相沉积是一种新的制膜技术。它是在低温等离子体中，使原料气体感应而发生等离子体化学反应，在基板上析出固相反应生成薄膜。是在普通的热CVD基础上发展起来的。PVCD技术是通过反应气体放电来制备薄膜的，其基本特点是实现了薄膜沉积工艺的低温化。 3、请简述光化学反应过程。p128 任何光化学反应都是由一个分子吸收一个光子开始。 M为基态分子；M*为激发态分子，具有额外能量，是一种新的化学粒子，具有自己特殊的物化性质。 4、请简述光化学反应的种类。 （1）放出所吸收的光或放出比所吸收的光能量还低的荧光或磷光，恢复到基态。 （2）分子内失活：分子无须辐射而恢复到基态，吸收的能量作为分子内部振动能被消耗掉，电子状态变迁为多重态相同的另一状态。 （3）光激活反应：分子间能量迁移能够激发其他分子或产生各种活性物（自由基、自由离子等）而发生化学反应。 （4）激发分子间反应，或通过分解反应产生新的化合物。 5、请简述光化学反应气相沉积的优点。 （1）在沉积过程中不直接加热整块基板，可按需要进行沉积； （2）空间选择性好，可使薄膜生成限制在基板的任意微区上； （3）沉积速度比CVD快； （4）可获得基本无损伤、杂质少的优质薄膜（等离子体离子不断撞击膜，很容易出现缺陷）。6．什么是等离子体？热等离子体和冷等离子体有什么区别？ 7、请简述等离子体空间存在哪些现象？ 8．请简述什么是溅射成膜和离子镀？ 9. 什么是光化学反应？简述光化学反应的种类以及在材料方面的应用。 六、综合分析题 1、根据示意图说明PVCD薄膜形成过程。 2、等离子体化学有何特征？列举等离子体化学在材料方面的应用。 3、请分析和说明等离子体空间存在哪些现象。 第六章硅酸盐热力学 一、选择题 1、硅酸盐的热效应分为（ABCD ）等。 A、生成热， B、溶解热，C相变热，D、水化热 2、硅酸盐反应的一些热效应，常常用（ B ）法来间接计算。 A、生成热， B、溶解热，C相变热，D、水化热 3、下列哪些热效应属于相变热？（ABD ） A、、晶型转变热， B、气化热与升华热，C水化热，D、熔化热与结晶热 3、一个固相反应过程，除必须包括扩散、化学反应等方面外，还可能包括（ABCD ）等。 A、升华， B、蒸发，C吸附，D、熔融 4、固相烧结过程中的传质机制有：（ACD ）。 A、气相传质， B、液相传质， C、扩散传质， D、流动传质 5、作为烧结推动力的表面张力可通过（ABCD ）进行传递，推动物质的迁移。 A、气相， B、液相， C、扩散， D、流动 二、填空题 1、硅酸盐的热效应分为：生成热、溶解热、相变热、水化热等。 2、硅酸盐的生成热，常由氧化物生成硅酸盐的热效应表示。 3、溶解热是对某一定量的溶剂而言的，且随温度、压力和酸的浓度而改变。 4、晶型转变热、熔化热与结晶热、气化热与升华热都属于相变热。 5、熔化热与结晶热数值相等，符号相反。 6、各种物质的水化热差异很大，它与物质的本性及结合的水分子数目有关。 7、分解反应是吸热反应，温度升高，分解压总是随之增大。 8、氧化物热力学稳定性，即元素对氧的亲和力，可用标准生成自由能或分解压来衡量。 9、碳化物、氮化物与硫化物耐火材料在还原性生成惰性气氛中使用比较合适。 10、固相反应是固体参与直接化学反应并起化学变化，同时至少在固相内部或外部的一个过程起控制作用的反应。 11、固相反应控制速度不仅限于化学反应也包括扩散等物质迁移和传热等过程。 12、固相反应的化学反应速度不仅与反应物量的变化有关，还与反应物间接触面积的大 小有关。 13、影响固相反应速度的影响因数主要有：温度、颗粒大小、反应物晶格活性、成型压力。 14、固相反应的产物不是一次生成的，而是经过最初产物、中间产物、最终产物几个阶段，而这几个阶段又是互相连续的。 15、整个固相反应速度是由最慢的速度控制。 16、在固相反应中，化学反应是依靠反应物之间的直接接触，通过接触面进行反应的。 17、描述扩散速度控制的固相反应过程有杨德尔动力学方程式、金斯特林格动力学方程式、 卡特尔动力学方程式，其中卡特尔动力学方程式比较符合实际情况。 18、烧结的机理复杂多样，但都是以表面张力为动力。 19、粘附是固体表面的的普遍性质，它起因于固体表面力。粘附力的大小直接取决于物质的表面能和接触面积。 20、固相烧结过程中的传质机制有：流动传质、扩散传质、气相传质。 21、塑性流动只有当作用力超过固体屈服点时才能产生。 22、一般当温度接近T amman温度（泰曼温度）时，烧结速度便明显地增加。 23、一般用收缩率和密度值来度量烧结程度。 24、当烧结温度和时间给定时，收缩率或烧结程度主要决定于物料粒径。 25、在烧成中影响晶粒大小的三个性质不同的过程包括：初次再结晶、晶粒长大、二次再结晶。 26、烧结过程中，晶粒长大过程的推动力是晶界过剩的表面能。 27、耐火材料作为熔炼炉的炉体时，其腐蚀过程是一个固体溶解于液体的过程，在没有液体流动的情况下，溶解速率主要由分子扩散来决定。 28、混凝土是由各种形状和大小不同的水化产物、尚未充分水化的熟料以及具有胶质构造的固体物将集料胶结而成复合的多相聚集体。 29、由辐射损伤引起晶格物理性质的变化，称辐射效应。 三、判断题 1、硅酸盐反应的一些热效应，如生成热、熔化热、晶型转变热、水化热等，都可以用溶解热法来间接计算。（√） 2、晶型转变热都可以用两种晶型的溶解热之差来测定。（×） 3、在利用溶解热测定和计算熔化热与结晶热时，溶解温度和酸的浓度必须一致。（√） 4、高价氧化物的分解压比低价氧化物的要小。（×） 5、分解压Px越大，则ΔGθ越大，化合物越不稳定，易分解。（×） 6、分解反应是吸热反应，温度升高，分解压总是随之增大。（√） 7、固相反应除固体间的反应外也包括有气、液相参与的反应。（√） 8、比较完整的固相反应过程可以划分为六个阶段，各阶段依次进行。（×） 9、固相反应的产物不是一次生成的，而是经过最初产物、中间产物、最终产物几个阶段，而这几个阶段又是互相连续的。（√） 10、固相反应过程中，最初反应产物可以与原始反应物反应生成中间产物，中间产物可以与最初产物反应。（√） 11、当固相反应由某一速度控制而由另一速度控制时，中间不需要经过一个过渡阶段。（×） 12、活化能越小，温度对反应速度的影响越大。（×） 13、固相反应中反应物颗粒大小对反应有明显影响，但与颗粒间的相对大小无关。（×） 14、温度对扩散速度控制阶段的反应速度影响小，而对化学反应速度控制的阶段的影响大。（√） 15、碳化物、氮化物与硫化物的标准生成自由能一般都大于其氧化物的标准生成自由能。（√） 16、烧结必须依赖于化学反应的作用才能进行。（×） 17、烧结的机理复杂多样，但都是以表面张力为动力。（√） 18、烧结动力学的双球模型适用于烧结的中、后期。（×） 18、烧结时，为了获得致密制品，必须防止或减缓二次再结晶过程。（√） 19、不管初次再结晶是否发生，细颗粒晶体聚集在高温下平均晶粒尺寸总会增大，伴随有一些较小晶粒被兼并和消失。（√） 四、名词解释 ※1、标准生成热—在等温和标准压力下，由最稳定状态的单质生成1摩尔化合物时的热效应。 2、溶解热—l摩尔物质完全溶解在某种溶剂中的热效应。 3、水化热—物质与水相互作用生成水化物时的热效应。 ※4、固相反应——固体参与直接化学反应并起化学变化，同时至少在固相内部或外部的一个过程起控制作用的反应。 5、烧结——固体粉状成型体在低于其熔点温度下加热，使物质自发地充填颗粒间隙而致密化的过程。 6、初次再结晶—指从塑性变形的、具有应变的基质中，产生出新的无变形晶粒的成核和长大过程。 7、玻璃的化学稳定性——玻璃抵抗周围介质中气体、水、酸、碱的各种作用的能力，是决定玻璃是否作为结构材料、液体容器或光学元件的重要性质。 8、晶体的辐射损伤一个完整晶体经受高能离子、高能电子、γ射线、快中子和慢中子等高能辐射线照射后产生缺陷和不完整性。 五、简答题 1、请简述氧化物的热力学稳定性规律 (1)、大多数氧化物的分解压都很小，即金属对氧的亲和力一般都非常大。 (2)、在同一金属的氧化物中，高价氧化物的分解压比低价氧化物的要大。 (3)、逐级转化顺序原则：若金属与氧能生成一系列氧化物，则按氧化程度的顺序，高一级氧化物只能依序分解成次一级氧化物。 2、固相反应的特点 （1）反应速度慢：固相质点（原子、分子离子）间具有很大作用键力，故固态物质的反应活性通常较低，速度较慢。 （2）高温：低温下固相不活泼。 （3）产物的阶段性：一般最初反应产物和该系统高温下的产物不同。固相反应的产物不是一次生成的，而是经过最初产物、中间产物、最终产物几个阶段，这几个阶段又是连续的。 3、影响固相反应速度的主要因素有哪些且这些因素是如何影响固相反应速度的？ （1）温度：温度对固相反应速度影响很大。温度越高，反应越快。 （2）颗粒大小：颗粒越小，反应速率越快。 （3）反应物晶格活性：反应物晶格活性越大，固相反应速度越快。凡是能促进反应物晶格活化的的因素均可促进固相反应的进行。 （4）成型压力：压力越大，相邻颗粒间平均距离缩小，接触面积增加，有利于固相反应，但有一定限度。 4、请简述温度对固相反应的影响。 温度对固相反应速度影响很大。温度越高，反应越快。活化能越大，温度对反应速度的影响越大。由于扩散活化能一般比化学反应活化能小，因此由扩散速度控制的阶段，温度对反应速度的影响相对较小，而由化学反应速度控制的阶段温度影响较大。 5、请简述反应物晶格活性对固相反应的影响。 反应物晶格活性越大，固相反应速度越快。凡是能促进反应物晶格活化的的因素均可促进固相反应的进行。反应物分解生成的新生态晶格，具有很高活性；反应物有多晶转变时，稳定结构被破坏，处于一种活化状态；加入矿化剂形成固熔体使晶格扭曲和变形，具有较高的能量，晶格活化，从而促进固相反应。 6、请简述烧结机理中的颗粒粘附作用。 粘附是固体表面的的普遍性质，它起因于固体表面力。当两个表面靠近到表面力场作用 范围时，即发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质的表面能和接触面积，固故粉状物料间的粘附作用特别强。当粘附力足以使固体粒子在接触点处产生微小塑性变形时，这种变形会导致接触面积增大，而扩大了的接触面，又会使粘附力进一步增加并获得更大的变形，依此循环和叠加就可能使固体粒子间产生粘附。 7、请简述影响固相烧结的主要因素有哪些？ 影响固相烧结的因素很多，大致可以分为前段因素、内因（本质的和非本质的）、外因三类，主要影响因素有： （1）物料活性的影响：烧结是基于在表面张力作用下的物质迁移而实现的。高温氧化物具有较大的晶格能和较稳定的结构状态，质点迁移需较高的活化能，即活性低，所以高温氧化物较难烧结。可以用化学方法来提高物料活性和加速烧结。 （2）添加物的影响：少量添加物会明显地改变烧结烧结速度。 （3）气氛的影响：不同气体对物料的烧结作用不同；同一气体介质对不同物料烧结效果也不同。 （4）压力的影响：成型压力增加，颗粒堆积越致密，接触面积增大，烧结加速。 8、请简述添加物对固相烧结的影响 9、请简述气氛对烧结的物理作用。 10、请简述气氛对烧结的化学作用。 六、综合分析题 1、根据图分析氧化物的标准生成自由能与温度的关系。 如图可知： (1) 氧化物的标准生成自由能ΔG生θ越 小（即越负），这种元素对氧的亲和力 越大，形成的氧化物就越稳定。图中处 于下方的元素比处于上方的元素对氧 的亲和力要大，即金属的还原性强。 (2) 当金属在沸点由液相转变成气相 时，可以引起稳定次序的改变。如在高 于1480℃时，用氧化镁材料来盛铝或 铝合金熔体是不合适的；熔化金属钛就不宜采用镁质或镁铬质耐火材料。 θ与温度的关系曲线同其他氧化物的曲线的走向完全 (3) 反应的ΔG 不同，正是由于这一点，使碳成了“万能”还原剂。由于气体的混乱程度比固体或液体大得多，所以反应的ΔSθ为正值，其ΔG生θ—T关系曲线向下倾斜；反应2M+O2=2MO的ΔSθ一般为负值，其曲线向上倾斜。因此只要有足的够高的温度，任何耐火氧化物都有可能与碳反应而被还原。 (4) 除CO外，大多数由单质形成氧化物的反应，在不发生相变以前，其ΔG生θ—T关系曲线向上倾斜且几乎都是互相平行的，即ΔSθ几乎相等。因此在同一温度下，可按生成各种氧化物时生成热ΔHθ来判断氧化物的稳定性。 2、什么是固相反应？比较完整的固相反应可 根据吸附能力、催化能力、X射线衍射强度等变 化特点划分为六个阶段，各个阶段有什么特点？ 固相反应是固相直接参与化学反应并起化 学变化，同时至少在固相内部或外部的一个过 程起控制作用的反应。 比较完整的固相反应过程，可根据吸附能力、催化能力、X射线衍射强度等性质变化特点划分为六个阶段。 （1）隐蔽期：混合后的反应物，温度上升，离子活动能力增大，反应物接触得更紧密。）混合物对色剂的吸附能力与催化能力均下降，但晶格和物相基本不变。此时，一般熔点较低反应物的性质，“掩蔽”了另一反应物的性质。 （2）第一活化期：随着温度上升，质点的可动性增大，接触表面开始局部反应形成“吸附型”化合物，“吸附型”化合物不具有化学计量产物的晶格结构，缺陷严重，有极大的活性。此阶段的特征是混合物催化性质提高，密度增大，X射线衍射强度无有明显变化，无新相生成。（3）第一脱活期：反应物表面上质点扩散加强，使局部进一步反应形成化学计量产物，但尚未形成正常的晶格结构。反应产物层的逐渐增厚，阻碍质点的扩散，此阶段催化能力与吸附能力都有所降低。某些系统无此阶段。 （4）第二活化期：温度升高，离子或原子由一个点阵扩散到另一个点阵，此时反应在颗粒内部进行。晶格内部反应的结果，颗粒表面的进一步疏松与活化。晶核已经形成并开始长大。反应产物分散性还是非常高，但是可以认为晶核已经形成并开始长大，此阶段特征是混合物催化能力第二次提高，X射线衍射强度开始有明显变化。 （5）晶体成长期：X射线谱上有明显的产物特征衍射峰，晶核已成长为晶体颗粒，且随温度升高，产物衍射峰强度逐渐增强。产物结构还不够完整，有一定缺陷，晶粒形成使系统总能量下降。 （6）晶格校正期：使晶体结构上的缺陷校正而达到热力学上稳定状态，温度升高，缺陷消失，形成正常晶格结构，晶体逐渐长大。此时催化能力与吸附能力迅速下降。 以上六个阶段连续地相互交错进行，且并非所有固相反应都具有这六个阶段。有气相与液相参加的固相反应中，非固相的存在增加了扩散的途径，提高了扩散速度，加大了反应面积，大大促进了固相反应的进行。 3、影响固相反应速度的主要因素有哪些且这些因素是如何影响固相反应速度的？ 影响固相反应的影响因素有很多，凡是能够促进扩散进行的影响因素，对固相反应都有影响。 （1）温度：温度对固相反应速度影响很大。温度越高，反应越快。活化能越大，温度对反应速度的影响越大。由于扩散活化能一般比化学反应活化能小，因此由扩散速度控制的阶段，温度对反应速度的影响相对较小，而由化学反应速度控制的阶段温度影响较大。 （2）颗粒大小：反应物颗粒大小对固相反应速度由直接影响，颗粒越细反应速度越快。将物料进行粉碎，以提高比表面积并使晶粒表面及内部产生严重缺陷，是增加质点活性、促进固相反应的有效措施。除了扩散组分颗粒大小对反应有明显的影响外，反应物颗粒间的相对大小对反应速度也有很大影响。 （3）反应物晶格活性：反应物晶格活性越大，固相反应速度越快。凡是能促进反应物晶格活化的的因素均可促进固相反应的进行。反应物分解生成的新生态晶格，具有很高活性；反应物有多晶转变时，稳定结构被破坏，处于一种活化状态；加入矿化剂形成固熔体使晶格扭曲和变形，具有较高的能量，晶格活化，从而促进固相反应。 （4）成型压力：由于压力加大导致相邻颗粒间平均距离缩小，接触面积增加，有利于固相反应进行，但加大到某一程度后，效果即不够明显。 4、请根据图阐述固相烧结的过程。 烧结过程可以分为初期、中期和后期三个阶段。 （1）初期（a）到（b）——烧结前，颗粒彼此 之间以点接触，有的则相互分开，保留者较多空隙，如图（a）所示。烧结温度的升高和时间的延长，开始产生颗粒间的键合和重排过程，这时粒子因重排而相互靠扰，大空隙逐渐消失，气孔总体积迅速减少，但颗粒之间仍以点接触为主，总表面积并没有缩小，如图（b）所示。 （2）中期（b）到（c）——该阶段开始有明显的传质过程，颗粒间由点接触扩大为面接触，粒界面积增加，固气表面积相应减小，但空隙仍然是连通的，如图（c）所示。 （3）后期（c）到（d）——随着传质过程的继续进行，粒界进一步发育扩大，气孔则逐渐缩小和变形，最终转变为孤立的闭气孔。与此同时颗粒粒界开始移动，粒子长大，气孔逐渐迁移至粒界而消失，烧结体致密度增高，如图（d）所示。 5、请阐述固相烧结机理 6、请阐述固相烧结的因素 影响固相烧结的因素很多，大致可以分为前段因素、内因（本质的和非本质的）、外因三类，主要影响因素有： （1）物料活性的影响 烧结推动力——表面张力引起物质迁移。具有较大的晶格能、较稳定的结构状态，质点迁移需较高的活化能，活性低，所以高温氧化物较难烧结。由相应的盐类热分解制成的活性氧化物易烧结。 （2）添加物的影响 添加物与烧结物形成固溶体（矿化剂），使晶格活化，可降低烧结温度。添加物阻止或减缓晶界移动和二次再结晶过程，使物质致密化。 （3）气氛的影响 不同气体对物料的烧结作用不同；同一气体介质对不同物料烧结效果也不同。 （4）压力的影响 成型压力增加，颗粒堆积越致密，接触面积增大，烧结加速。 第7章高分子化合物的合成 主要掌握： 1.数均相对分子质量，质均相对分子质量 2.聚合反应的类型 3.自由基链式聚合主要步骤 4. 按聚合方法分类 （1）按单体在介质中的分散状态分类：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合 （2）按单体和聚合物的溶解状态分类：均相聚合和非均相聚合 （3）按单体的物理状态分类：气相聚合、液相聚合、固相聚合 5线型聚合反应的相对分子质量控制方法 （1）控制反应程度 聚合度是反应时间或反应程度的函数。因此在适当的反应时间内，通过 降温冷却使反应停止，就可以得到所要求相对分子质量的聚合物。 这种方法所合成的聚合物加热时不稳定，聚合物链端的官能团有可能进 一步相互反应，从而引起相对分子质量的改变。 （2）控制反应官能团的当量比 调节两种单体的浓度，使其中一种稍过量，聚合反应到一定的程度时， 所有链端基为同一种官能团而使聚合反应停止。这样得到的聚合物再加热时 相对分子质量不会明显变化。 (3) 加入少量单官能团单体 加入的单官能团单体一旦与增长的聚合物链反应，聚合物链末就被单官 能团单体封住，不能再进行反应，因而使相对分子质量稳定。 第8章聚合物的化学反应 1.聚合物化学反应特性 （1）基团的孤对效应 未反应的单个官能团难于继续进行反应，存在最大转化率。如聚乙烯醇缩醛化反应后的羟基，羟基反应最大转化率为86%。 （2）结晶性 有些反应温度不提高到它们的熔点以上，也不使用适当的溶剂使其溶解为均相的溶液，因反应试剂难以靠近晶区内的官能团而使反应在非晶区进行，如聚乙烯的氯化反应。有些反应先在聚合物结晶表面进行，再逐步向晶区浸透后，才能在整个晶区完成。 （3）溶解性的变化 生成的高聚物溶解性能发生变化，产物析出或体系粘度增大，小分子试剂不能扩散到聚合物内，限制反应进一步进行 （4）交联 交联型聚合的化学反应，交联点密度和溶解性质对反应活性有重要影响。高交联度或不良溶剂将导致低的溶胀度，使小分子在聚合物中扩散速度降低，不容易扩散入交联聚合物网络，影响反应速率。 （5）空间位阻效应 高分子链的侧基具有较大位阻或小分子试剂含有较大的刚性基团，将影响高分子反应活性。（6）邻近基团效应 聚合物分子链上官能团的反应活性直接受邻近基团的影响，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，有机玻璃)在碱性溶液中的自动加速的皂化反应。 2．根据聚合度的变化，可把聚合物的化学反应分成哪几种？各有何特点？ （1）聚合度基本不变的反应，而仅限于侧基和/或端基变化的反应，常称为相似转变。（2）聚合度变大的反应，如交联、嵌段、接枝和扩链反应。 （3）聚合度变小的反应，如解聚、降解等反应。 3．什么是聚合物降解，聚合物降解有哪些种类？为防止高聚物的降解可采用什么措施？4. 解释什么是聚合物的老化？老化的原因有哪些？如何防止高聚物的老化？ 华工材物化复试笔试题 2010年 1、一个人海中溺水，救生员离海有一距离，救生员在水中、陆地上的速度不一样，找一最快路线。 2 、列举生活常见的发光显示器，并说明主要特征。 有机发光显示器（OLED，Organic Light Emitting Display）是一种利用有机半导体材料制成的、用直流电压驱动的薄膜发光器件，OLED显示技术与传统的LCD 显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。OLED的工作原理十分简单，有机材料ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压的驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴相遇形成激子，使发光分子激发而发出可见光。根据使用的有机材料不同，OLED又分为高分子OLED和小分子OLED，二者的差异主要表现在器件制备工艺上：小分子器件主要采用真空热蒸发工艺；高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。 特点： 1.薄膜化的全固态器件，无真空腔，无液态成份； 2. 高亮度，可达300 cd/m2以上； 3.宽视角，上下、左右的视角宽度超高170度； 4.快响应特性，响应速度为微秒级，是液晶显示器响应速度的1000倍； 5.易于实现全彩色； 6.直流驱动，10V以下，用电池即可驱动； 7.低功耗； 8.工艺比较简单，低成本； 9.分辨率；10.温度特性，在-40℃~70℃范围内都可正常工作。 3 、发光二极管原理，光电二极管的原理 （1）发光二极管（LED）由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关 （2）光电二极管（Photo-Diode，PD）是将光信号变成电信号的半导体器件，由 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。 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 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（） 一、填空题（本大题共8小题，每空1分，共25分） 1. 材料的种类繁多，性能千差万别，应用领域也十分广泛。若按照材料的使用性能可将其分为 结构材料和功能材料两大类，前者主要利用材料的力学性能，后者则主要利用材料的物理和化学性能。 2. 杂质使半导体的电学性质发生显著变化。单晶硅中掺杂质Ga和As元素后，能得到不同类型的半导体，由空穴迁 移导电的称p型半导体，由电子移动导电的则成为n型半导体。n型半导体和p型半导体的结合处称为 p-n结，它使电流单向导通。 3.组织工程三要素是指：种子细胞、支架、信号因子。 4. 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。 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。 8. 非晶态金属材料同时具有高强度、高韧性的力学性能。 二、单选题（本大题共8小题，每题2分，共16分） 1. 具有立方面心立方结构、晶格间隙较大，碳容量较多的是：（ B ） A、α-Fe B、γ-Fe C、δ-Fe D、FeC 2. 下列光纤材料中抗弯曲和冲击性能最好的是：( D ) A、石英光纤 B、多元氧化物光纤 C、晶体光纤 D、聚合物光纤 3. 有机化学实验室电动搅拌的搅拌头所用的材料是：（ D ） A、PP B、ABS C、PPO D、PTFE 4. 享有“第三金属”和“未来的金属”的称号的是：（ C ） A、铝合金 B、铁锰铝合金钢 C、钛合金 D、奥氏体不锈钢 5. 下列陶瓷中，硬度最大是：（ A ） A、BN B、Al2O3 C、ZrO2 D、ZnO2 6. 下列哪种检测仪器的发明首先为人类直接观察和操纵原子和分子提供了有力工具：（ D ） A、TEM B、SEM C、STM D、AFM 7. 我国在东汉制造出了（ B ），她是中国文化的象征，极大地促进了世界文明。 A、陶器 B、瓷器 C、青铜器 D、丝绸 8. 目前已进入实用阶段、应用最广的形状记忆合金是：（ B ） A、Ti-Ni-Cu B、Ti-Ni C、Cu-Zn D、Cu-Zn-Al 三、判断题（本大题共10小题，每题1分，共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、名词解释（本大题共5小题，每题2分，共10分） 1.组织工程：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。 2.奥氏体：碳溶解在 -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。 3.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。 4.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。 五、写出下列反应，注明反应条件（本大题共3小题，每题3分，共9分） 1.二元酸与二元醇经缩聚反应制聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 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。 第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种 答：开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用 答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体（γ）稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了γ相区，它包括了以下两种情况：（1）开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 （2）扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体（α）稳定化元素 （1）封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 （2）缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响 答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素：降低了A3，降低了A1 缩小γ相区元素：升高了A3，升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体，为什么 答：镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8%） 3、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置） 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么举例说明 答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答：固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答：细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量 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。 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 一填空题 01）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。这种物质具有一定的 性能或功能。 02）材料按照化学组成、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。 03）材料按照使用性能可分为结构材料和功能材料。结构材料更关注于材料的力学性能； 而另一种则考虑其光、电、磁等性能。 04）材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 05）一般材料的结构可分为三个层次，分别是微观结构、介观结构和宏观结构。 06）对于离子来说，通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子的半径则变大。 （7）晶体可以看成有无数个晶胞有规则的堆砌而成。其大小和形状由晶轴（a，b，c）三条边和轴间夹角（α，β，γ）来确定，这6个量合称晶格参数。 08）硅酸盐基本结构单元为硅氧四面体，四面体连接方式为共顶连接。 09）晶体的缺陷按照维度划分可以分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，其延伸范围为 零维、一维、二维和三维。 010）位错分为韧型位错、螺型位错以及由前两者组成的混合位错三种类型。 （11）固溶体分为置换型固溶体和填隙型固溶体，前者溶质质点替代溶剂质点进入晶体结点 位置；后者溶质质点进入晶体间隙位置。 （12）材料热性能主要包括热容、热膨胀和热传导。 （13）材料的电性能是指材料被施加电场时的响应行为，包括有导电性、介电性、铁电性和压电性等。 014）衡量材料介电性能的指标为介电常数、介电强度和介电损耗。 015）磁性的种类包括：反磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和铁氧体磁性等。 016）铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 017）材料的制备一般包括两个方面即合成与控制材料的物理形态。 （18）晶体生长技术主要有熔体生长法和溶液生长法，前者主要包括有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法等。 （19）溶液达到过饱和途径为：一，利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和；二，采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 （20）气相沉积法包括物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD。 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） 6、试列举出三种表面处理方法_电镀_____、__化学镀____、_ 化学转化膜_____。（每空1.5分） 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 一填空题 （1）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。这种物质具有一定的性能或功能。 （2）材料按照化学组成、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。 （3）材料按照使用性能可分为结构材料和功能材料。结构材料更关注于材料的力学性能；而另一种则考虑其光、电、磁等性能。 （4）材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 （5）一般材料的结构可分为三个层次，分别是微观结构、介观结构和宏观结构。 （6）对于离子来说，通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子的半径则变大。 （7）晶体可以看成有无数个晶胞有规则的堆砌而成。其大小和形状由晶轴（a，b，c）三条边和轴间夹角（α，β，γ）来确定，这6个量合称晶格参数。 （8）硅酸盐基本结构单元为硅氧四面体，四面体连接方式为共顶连接。 （9）晶体的缺陷按照维度划分可以分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，其延伸围为零维、一维、二维和三维。 （10）位错分为韧型位错、螺型位错以及由前两者组成的混合位错三种类型。 （11）固溶体分为置换型固溶体和填隙型固溶体，前者溶质质点替代溶剂质点进入晶体结点位置；后者溶质质点进入晶体间隙位置。 （12）材料热性能主要包括热容、热膨胀和热传导。 （13）材料的电性能是指材料被施加电场时的响应行为，包括有导电性、介电性、铁电性和压电性等。 （14）衡量材料介电性能的指标为介电常数、介电强度和介电损耗。 （15）磁性的种类包括：反磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和铁氧体磁性等。 （16）铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 （17）材料的制备一般包括两个方面即合成与控制材料的物理形态。 （18）晶体生长技术主要有熔体生长法和溶液生长法，前者主要包括有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法等。 （19）溶液达到过饱和途径为：一，利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和；二，采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 （20）气相沉积法包括物理气相沉积法 PVD和化学气相沉积法 CVD。 （21）液相沉淀法包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法和水解法。 （22）固态反应一般包括相界面上的反应和物质迁移两个过程，反应物浓度对反应的影响很小，均相反应动力学不适用。 （23）自蔓延高温合成按照原料组成可分为元素粉末型、铝热剂型和混合型。 （24）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。（25）合金基本结构为混合物合金、固溶体合金和金属间化合物合金。 （26）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。 （27）金属材料热处理包括整体热处理、表面热处理和化学热处理。 （28）超耐热合金包括铁基超耐热合金、镍基超耐热合金和钴基超耐热合金。 （29）提高超耐热合金性能的途径有改变合金的组织结构和采用特种工艺技术，后者主要有定向凝固和粉末冶金。 （30）产生合金超塑性的条件为产生超细化晶粒与适宜的温度和应变速率。 （31）无机非金属材料主要有以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材 材料化学2004《物理化学》考试试卷A 2006.5 2．系统经不可逆循环过程，则有：（ ） A . △S 系统=0，△S 隔＞0 B. △S 系统＞0，△S 隔＞0 C . △S 系统=0，△S 环＜0 D. △S 系统=0，△S 隔＜0 3．在25℃时，A 和B 两种气体在同一溶剂中的亨利系数分别为k A 和k B ,且k A =2k B ，当A 和B 压力相同时，在该溶液中A 和B 的浓度之间的关系为：（ ） A . c A =c B B . c A =2c B C . 2c A =c B D . 不确定 4．A 和B 能形成理想液态混合物。已知在T 时P A *=2 P B *, 当A 和B 的二元液体 中x A =0.5时，与其平衡的气相中A 的摩尔分数是：（ ） A . 1 B . 3/4 C . 2/3 D . 1/2 5．已知718K Ag 2O(s)的分解压力为20.9743Mpa ，则此时分解反应Ag 2O(s)=2Ag(s)+1/2O 2(g)的△rG θm 为：（ ） A. -9.865kJ/mol B. -15.96kJ/mol C. -19.73kJ/mol D. -31.83kJ/mol 6．反应2NO+O 2=2NO 2的△rH m ＜0,当此反应达到平衡时，若要使平衡向产物方向移动，可以：（ ） A. 升温加压 B. 升温降压 C. 降温加压 D. 降温降压 7．某化学反应的速率方程为dc B /dt=(1/2)(k A1c A 2- k A2c B )-k 2c B 则该反应为：（ ） A ． 2A 21kA kA B ?→?2 k C B ．2A ?→?1kA B 22 -k k C C ．2A ?→?1kA B B+C ?→?2k D D ．2A 21kA kA 2B ?→?2 k C 班级 考号 班级 考号 姓名 考号 姓 名 景德镇材料物理与化学历年复试笔试题(重要)
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