【免费下载】材料化学第二版 李奇 李光巨主编课后习题答案精选

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a 34R =34R a =，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===R R a R bccππζ (2)六方密堆 n=64. 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,=====γβαc b a ，因此只求出a 值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有a R 24=, 24R a =， 90,=====γβαc b a(2) bcc 体心立方有：a 34R = 34R a =； 90,=====γβαc b a(3) 简单立方有：R a 2=， 90,=====γβαc b a74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =⋅=⋅R R R R a a c R ππξ＝R a a c 238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

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TiO26.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。

第6章习题答案1.纳米的基本涵义是什么?简述为什么纳米材料会表现出许多前所未有的新特性?答：纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。

它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100~102nm。

它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子二是粒子间的界面。

前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。

由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。

即纳米材料显现出纳米效应，具体表现为三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

由于纳米效应，纳米材料光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生十分显著的变化。

因此纳米材料具备其它一般材料所没有的优越性能，可广泛应用于电子、医药、化工、军事、航空航天等众多领域，在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。

2.纳米材料可分为哪几类?答：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。

其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。

纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。

纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。

纳米膜分为颗粒膜与致密膜。

颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。

致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。

纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。

3.比较小尺寸效应和量子尺寸效应。

答：纳米颗粒的小尺寸所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

当纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波波长、超导态的相干长度等物理特征相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料的声、光、电、磁、热、力学等特性表现出改变而导致出现新的特性。

第5章习题答案1.高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分，请解释链结构和聚集态结构。

答：链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。

近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。

远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。

聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。

2.简述近程相互作用和远程相互作用的含义及它们对高分子链的构象有何影响。

答：所谓“近程”和“远程”是根据沿大分子链的走向来区分的，并非为三维空间上的远和近。

事实上，即使是沿高分子长链相距很远的链节，也会由于主链单键的内旋转而会在三维空间上相互靠得很近。

高分子链节中非键合原子间的相互作用——近程相互作用，主要表现为斥力，如—CH2—CH2—中两个C上的两个H的范德华半径之和为0.240nm，当两个H为反式构象时，其间的距离为0.247nm，处于顺式构象时为0.226nm。

因此，氢原子间的相互作用主要表现为斥力，至于其他非键合原子更是如此。

近程相互排斥作用的存在，使得实际高分子的内旋转受阻，使之在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况。

受阻程度越大，构象数越少，高分子链的柔性就越小。

远程相互作用可为斥力，也可为引力。

当大分子链中相距较远的原子或原子团由于单键的内旋转，可使其间的相互作用在距离小于范德华半径时表现为斥力，大于范德华半径时为引力。

无论哪种力都使内旋转受阻，构象数减少，柔性下降，末端距变大。

3．何为晶态高聚物？高聚物可形成哪些形态的晶体？答：晶态高聚物是由晶粒组成，晶粒内部具有三维远程有序结构，但呈周期性排列的质点不是原子整个分子或离子，而是结构单元。

由于结晶条件不同，结晶性高聚物可以形成形态不同的宏观或亚微观晶体，单晶，树枝晶，伸直链晶体，纤维状晶体，串晶等。

第一章几何结晶学基础1-1.晶体、晶胞的定义；空间格子构造的特点；晶体的基本性质。

1-2.参网页上的模型，运用对称要素组合定律，写出四方柱、六方柱、四方四面体、斜方双锥、六八面体、三方柱、复三方三角面体、四六面体的点群符号，并写出其所属的晶系和晶族。

1-3.参阅网页上的模型，请确定单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六方双锥、和聚型中2、3、4号模型在晶体定向中，各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行？1-4.请写出单型三方柱、四方柱、四方双锥、六方柱、菱面体、斜方双锥各晶面的主要晶面符号。

1-5.请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号：1、2、3、4。

两个对称面相互成1）60°、2）90°、3）45°、4）30°，可组合成什么点群？1-6.由两根相交的二次轴互成1）90°、2）60°、3）45°、4）30°，可以组合成什么点群？试在面心立方格子中画出菱面体格子1-7.一晶面在X、Y、Z轴分别截得2、4、6个轴单位，请写出此晶面符号。

1-8.作图表示立方晶体的（123）、（012）、（421）晶面。

1-9.在六方晶体中标出晶面（0001）、（2110）、（1010）、（1120）、（1210）的位臵。

1. 答：晶体最本质的特点是其内部的原子、离子、或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成 , 晶体的空间格子构造有如下特点：结点空间格子中的点，在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位臵，因此也称为晶体结构中的等同点位臵。

行列结点在一维方向上的排列 . 空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向。

面网结点在平面上的分布构成面网。

空间格子中，不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网。

平行六面体空间格子中的最小单位。

它由六个两两平行且大小相等的面组成。

晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质，这些性质完全来源于晶体的空间格子构造。

第二章1、天然或绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如，在某种氧化镍晶体中就存在这样的缺陷：一个Ni 2+空缺，另有两个Ni 2+被两个Ni 3+所取代。

其结果晶体仍然呈电中性，但化合物中Ni 和O 的原子个数比发生了变化。

试计算样品组成为Ni 0.97O时该晶体中Ni 3+与Ni 2+的离子数之比。

解：设晶体中Ni 3+的离子数为a ，Ni 2+的离子数为b 。

根据题意：答：该晶体中Ni 3+与Ni 2+的离子数之比为6：91。

2、已知氧化铁Fe x 0(富士体)为氯化钠型结构，在实际晶体中，由于存在缺陷，x ＜1。

今有一批氧化铁，测得其密度为5.7g/cm 3，用MoK α射线（λ=71.07pm ）测得其面心立方晶胞衍射指标为200的衍射角θ=9.56°（sin θ=0.1661,Fe 的相对原子质量为55.85）。

（a ）计算Fe x 0的面心立方晶胞参数。

（b ）求x 值。

（c ）计算Fe 2 +和Fe 3+各占总铁质量的质量分数。

（d ）写出表明铁的价态的化学式。

解：（a ）（c ）设0.92mol 铁中Fe 2 +的摩尔数为y ，则Fe 3+的摩尔数为（0.92-y ），根据正负离子电荷平衡原则可得：即Fe2+和Fe3+的摩尔数分别为0.76和0.16，他们在总铁中的摩尔百分数分别为：（d）富士体氧化铁的化学式为。

3、NiO晶体为NaCl型结构，将它在氧气中加热，部分Ni2+将氧化为Ni3+，成为NiO(xxO，测得其密度为6.47，用波长λ=154pm的X射线通过粉末法测＜1)。

今有一批Nix得立方晶胞111衍射指标的θ=18.71°（sinθ=0.3208）。

（Ni的相对原子质量为58.70）1molg−⋅O的立方晶胞参数；（a）计算Nix（b）算出x值，写出标明Ni的价态的化学式。

O晶体中，O2-堆积方式怎样？Ni在此堆积中占据哪种空隙？占有率（即占（c）在Nix有分数）是多少？O晶体中，Ni-Ni间最短距离是多少？（d）在Nix解：（a）NiO的立方晶胞参数为：x（b）因为NiO晶体为NaCl型结构，可得摩尔质量M：xO的摩尔质量又可以表示为：而Nix由此解得：x=0.92。

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 和为反应物制备尖晶石时，应该采用哪些方法加快32O Al 42O MgAl 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 和反应生成为例，反应的第一步是生成晶核，32O Al 42O MgAl 42O MgAl 其晶核的生长是比较困难的，和的扩散速率是反应速率的决速步，因+2Mg +3Al 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（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）BaFeO（8）阳离子充填1/2八面体格位结构（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。

材料化学第二章习题参考答案1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a34R=34Ra=，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===RRaRbccππζ(2)六方密堆n=64.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,=====γβαcba，因此只求出a值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有aR24=,24Ra=，90,=====γβαcba(2) bcc体心立方有：a34R=34Ra=；90,=====γβαcba(3) 简单立方有：Ra2=，90,=====γβαcba74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp=⋅=⋅RRRRaacRππξ＝Raac238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

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a 34R = 34R a =，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===R R a R bccππζ (2)六方密堆 n=64. 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,=====γβαc b a ，因此只求出a 值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有a R 24=, 24R a =， 90,=====γβαc b a(2) bcc 体心立方有：a 34R = 34R a =； 90,=====γβαc b a(3) 简单立方有：R a 2=， 90,=====γβαc b a74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =⋅=⋅R R R R a a c R ππξ＝R a a c 238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

材料化学第二版李奇李光巨主编课后习题答案精选[技巧] 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，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αO，βO，γO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。

材料化学课后习题答案P42：四(1)(2)(3)P69：二、三(1)(2)P90 : 5P133:二、三(1)(2)P199:一、二P222:二、三(1)P236:一、二专业：应用化学14-1学号：20142008 ：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 pS T V p S ⎛⎫∂∂⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、 S V T p V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、T V S p V T ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、p TS V p T ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 。

3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为 ,,CB 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。

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，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αO，βO，γO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。

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a 34R = 34R a =，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===R R a R bccππζ (2)六方密堆n=64. 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,=====γβαc b a ，因此只求出a 值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有a R 24=, 24R a =， 90,=====γβαc b a(2) bcc 体心立方有：a 34R = 34R a =； 90,=====γβαc b a(3) 简单立方有：R a 2=， 90,=====γβαc b a5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =⋅=⋅R R R R a a c R ππξ＝R a a c 238==数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

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a34R=34Ra=，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===RRaRbccππζ(2)六方密堆n=64.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,=====γβαcba，因此只求出a值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有aR24=,24Ra=，90,=====γβαcba(2) bcc体心立方有：a34R=34Ra=；90,=====γβαcba(3) 简单立方有：Ra2=，90,=====γβαcba74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp=⋅=⋅RRRRaacRππξ＝Raac238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

材料化学课后习题答案【篇一：材料化学课后题答案】ass=txt>二．应用化学专业1166129108三．什么是纳米材料？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。

第一章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。

．第二章1.原子间的结合键共有几种各自特点如何特键形成晶体的特高熔点、高强度、高硬度、低膨无饱和性、无方向性、高最系数、塑性较差、固态不导电、离子位数态离子导电高熔点、高强度、高硬度、低膨有饱和性、有方向性、低共价在熔态也不导电系数塑性较差位可以自由流动电子共有化塑性较好、有光泽、良好的导热较金属无饱和性、无方向性、配位导电性。

数高范德华键无饱和性、无方向性最弱有饱和性、有方向性氢键弱4RaaR?34??3计算体心立方及六方密堆的的堆积系数。

3.（1）体心立方33RR??/(42(43)2/3)??0.68＝?bcc3a3R)/(43 n = 2单位晶胞原子数ca8?3aR2?（2）六方密堆33R?R?/36/3)6(4(4)??＝?0.74hcp831RcaRaR)6(12?)?(3n=63224RaaR?24??2（3）面心立方33R??R/343/)(4)(44?74?＝.0?fcc3a3R)2/4(n=4．10. ，原= gcm-3单质Mn有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为，密度Mnr = 子半径，计算晶胞中有几个原子，其堆积系数为多少固溶体与溶液有何异同固溶体有几种类型11.（对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，均存在溶解性问题固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度）；均一性：溶液各处的密度、组成和性质完全一样；(1) 稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离；(2) (3)混合物：溶液一定是混合物。

第四章1、试用热化学求KCl 晶体的点阵能，所需要的数据如下表所示。

物理量 ΔH 生成 ΔH 升华 I K ΔH 分解 Y Cl 数值/kJ ·mol -1-43584418243-368解：根据Hess 定律2、已知KCl 晶体具有NaCl 型结构，晶胞棱长628pm 。

试计算KCl 晶体的点阵能，并与上题所求的结果比较。

解：根据201(1)4A AN Z Z e U R mπε+-=-将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入，得701.3894101(1)(/)U AZ Z kJ mol R m-+-⨯=-KCl 具有NaCl 晶型，即A=1.748，又Z +=Z —=1，1(99)2m =+=9 1001628314 3.14102R pm pm m -=⨯==⨯所以7101.389410 1.748111(1)(/)687.5/3.14109U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯ 3、从理论计算公式计算NaCl 与MgOde 晶格能。

MgO 的熔点为2800℃，NaCl 为801℃，请说明这种差别的原因。

解：NaCl 、MgO 同属于NaCl 型结构，根据201(1)4A AN Z Z e U R mπε+-=-将N A 、e 、ε0等按国际单位所给数值代入701.389410 1.7481(1)(/)U Z Z kJ mol R m-+-⨯⨯=-对于NaCl ，R 0=279pm=2.79×10-10m Z +=Z -=1m=（7+9）/2=8所以7101.389410 1.748111(1)(/)761.7/2.79108U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯对于MgO，R=210pm=2.10×10-10m Z+=Z-=2m=（7+7）/2=7所以7101.389410 1.748221(1)(/)3965.2/2.10107U kJ mol kJ mol --⨯⨯⨯⨯=⨯-=⨯参考：晶格能的大小，可以表示离子键的强弱。

第7章习题答案1.什么是金属玻璃？分析金属玻璃的结构特点和性能特点。

答：将熔融的合金喷射到冷的铜板上，降温速度在一百万摄氏度每秒以上，由于冷凝速度极高，液态合金来不及形成结晶就凝固了，结果获得了如同玻璃一样的非晶态合金。

用X射线衍射法进行测试，发现这种急冷的合金与平常的金属不同，它不是晶体而是玻璃体，故非晶态合金又称为金属玻璃。

这些非晶态金属材料内部原子作不规则排列，这样的结构特征使它具有许多晶态材料所没有的性能。

主要包括：(1) 原子排列长程无序，这导致金属玻璃的X射线衍射不会出现晶态金属那样的衍射线，也不存在亚微观(即微米数量级)的各向异性(如磁畴结构等性质)。

(2) 短程有序，即金属原子的周围配位情况彼此相似，也和晶态中原子的情况相近。

(3) 无晶界，晶态金属一般由微米量级的小晶粒组成，晶粒间存在晶界。

从亚微观来看金属玻璃是均匀的固体，不存在晶粒和晶界，这一特点大大提高了金属玻璃的力学性能和电磁性能，使它具有很高的强度，例如抗拉强度、硬度、断裂强度和弹性模量等都比晶态合金强得多。

金属玻璃为非晶态结构，显微组织均匀，不含晶界、位错等缺陷，使腐蚀金属的液体“无缝可钻”，具有高度抗腐蚀性。

(4) 不稳定性，金属玻璃在热力学上是不稳定的，它有向晶态转化的趋势。

(5) 卓越的硬度和机械度，拉丝后纤维化的非晶态铁钽硅硼合金线材，拉伸强度高达400公斤每平方毫米，为钢琴丝的1.4倍，为一般钢丝的10倍。

(6) 优越的磁学性能。

2.按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成哪几类？答：按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成岛状硅酸盐、组群状硅酸盐、链状硅酸盐、层状硅酸盐和架状硅酸盐。

3.什么是红外辐射材料？什么是透红外材料？它们各自有什么特点？答：理论上，在0K以上时，任何物体均可辐射红外线，故红外线是一种热辐射，有时也叫热红外。

但工程上，红外辐射材料只指能吸收热物体辐射而发射大量红外线的材料。