2016年秋 西南大学网教[0978]《材料化学基础》新版作业及参考答案

材料化学习题答案（完整版）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P6A.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 8hc 型堆积 123.2 3SrTiO 为钙钛矿结构，a=3.905A ，计算Sr-O ，Ti-O 键长和3SrTiO 密度。

材料科学基础习题与参考答案（doc14页）（优质版）第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。

二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。

2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。

3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。

4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。

5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。

6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。

7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。

8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。

9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。

11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。

12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。

13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。

材料化学参考答案材料化学参考答案材料化学是研究材料的性质、结构和合成方法的学科。

它涉及到多个领域，如无机材料、有机材料、高分子材料等。

在材料化学中，我们需要了解材料的组成、结构和性能之间的关系，以及如何通过控制材料的合成方法来获得所需的性能。

本文将以几个常见的材料为例，介绍材料化学的一些基本概念和原理。

1. 金属材料金属材料是最常见的材料之一，具有良好的导电性和导热性。

金属材料的性质与其晶体结构有关。

金属晶体由紧密堆积的金属原子组成，原子之间通过金属键相互连接。

金属材料的导电性和导热性是由于金属原子之间的自由电子，它们能够在晶格中自由移动。

此外，金属材料的塑性和延展性也与其晶体结构有关。

金属晶体中的原子可以通过滑移机制相对容易地改变位置，从而使金属材料具有良好的塑性和延展性。

2. 陶瓷材料陶瓷材料是一类非金属材料，具有优异的耐高温性和耐腐蚀性。

陶瓷材料的性质与其晶体结构和化学成分有关。

陶瓷晶体通常由离子键或共价键相互连接的原子组成。

这种结构使得陶瓷材料具有较高的硬度和脆性。

陶瓷材料的高温稳定性和耐腐蚀性是由于其晶体结构的稳定性和化学成分的特性。

例如，氧化铝是一种常见的陶瓷材料，其高温稳定性使其成为制备高温陶瓷材料的良好基础。

3. 高分子材料高分子材料是由大量重复单元组成的材料，如塑料和橡胶。

高分子材料的性质与其分子结构和分子量有关。

高分子材料的分子通常由长链或网络结构组成，这使得高分子材料具有良好的柔韧性和可塑性。

高分子材料的性能可以通过调整其分子结构和分子量来控制。

例如，聚乙烯是一种常见的塑料，其性能可以通过改变聚合反应的条件来调整，如反应温度、催化剂和反应时间等。

4. 纳米材料纳米材料是具有纳米尺度尺寸的材料，其性质与其尺寸效应有关。

纳米材料通常具有特殊的光学、电学和磁学性质。

这是因为纳米材料的尺寸接近原子和分子的尺度，导致其电子和光子行为与宏观材料有所不同。

纳米材料的合成方法包括溶胶凝胶法、溶液法和气相沉积法等。

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）。

晶体化学作业1. 写出晶体的宏观对称元素。

答：晶体的宏观对称要素有：对称中心（C ），对称面（P ），对称轴（L n ），旋转反演对称轴（L i n）以及旋转反应轴（L s n）。

2. 试举例说明晶体的宏观对称要素组合定理。

答：定理1：两个对称面的交角为α。

经这两个对称面依次反射，则等价于以两个对称面的交线为轴，旋转2α角度的操作，即旋转2α角图像复原。

例：如下图，两个对称面直角相交，则相当于绕其交线旋转180°的操作，即这两个对称面的交线是一个二次旋转轴。

定理2：如有一偶次对称轴L n 与对称中心共存，则过C 且垂直于此L n 的平面，必为一对称面。

例：如上图，点1和点2中心对称，点1和点3经2次轴旋转对称，则点3和点2皆由点1经对称操作得到，点3和点2等同，同理点6和点5等同，点4和点8，点1和点7都可以类推，也即左边的任一点都可以经中心对称和2次轴旋转在左边和右边产生对称点，也即存在一对称面。

定理3：如有一个二次对称轴L 2 垂直L n ，则必有n 个L 2 垂直L n ，且任意两相邻L 2间的夹角δ=360°／2n。

L 22例：如上图，点1经3次轴的旋转操作，得到对称点2，点2经2次轴的旋转操作，得到对称点3，也即点1和点3等同，则点1和点3间必有一2次轴（或对称面）。

同理点4经三次轴旋转得点5，点5由2次轴旋转得点6，点4和点6等同，则点4和点6间也会有一2次轴（或对称面）。

定理4：若L n与L m以δ角斜交，则围绕L n必有共点且对分布的n个L m，围绕L m必有共点且对称分布的m个L n，且任意两相邻的L n与L m间交角均为δ。

3L4 与4L3 的组合举例：立方体的3个四次轴和4个三次轴的组合。

定理5：若有一对称面P 包含L n，则必有n个P 包含L n，且任意两相邻对称面间的夹角δ=360°/2n 。

举例：举例如定理3，对称面等同于二次轴。

3.画图证明L i1=C L i2=P L i3=L3+CL S1=P=L i2 L S2=C= L i1 L S6= L3+C= L i3L i6=L3+P L S3= L3+P= L i64.为什么五次及高于六次的对称轴在晶体中不存在？五次及高于六次的对称轴的平面结构不能构成面网，且不能毫无间隙地铺满整个空间, 即不能成为晶体结构。

1：[填空题]1. 一个体心立方晶胞中的原子数为（）个。

2. 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为（）和（）。

3. 在液态纯金属中进行均质形核时，需要（）起伏和（）起伏。

4. 在二元相图中，L+ →β叫（）反应。

5. 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体，具有( ) 点阵。

6. 螺型位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系。

7. 典型金属的晶体结构有（）、（）和（）。

8. 界面能最低的相界是（）9. 通常根据（）温度来划分冷加工和热加工。

10. 宏观内应力可通过（）退火基本消除。

参考答案：1. 一个体心立方晶胞中的原子数为（2 ）个。

2. 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为（置换固溶体）和( 间隙固溶体)。

3. 在液态纯金属中进行均质形核时，需要（结构）起伏和( 能量)起伏。

4. 在二元相图中，L+ →β叫（包晶）反应。

5. 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体，具有( 体心立方) 点阵。

6. 螺型位错的柏氏矢量与位错线呈（平行）关系。

7. 典型金属的晶体结构有( 体心立方)、( 面心立方)和（密排六方）。

8. 界面能最低的相界是（共格界面）9. 通常根据（再结晶）温度来划分冷加工和热加工。

10. 宏观内应力可通过（回复）退火基本消除。

1：[判断题]9、从热力学角度看,扩散的真正推动力是由浓度梯度的不同引起的.各组元的原子总是由高浓度扩散到低浓度。

参考答案：错误2：[判断题]1、复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。

参考答案：正确3：[判断题]8、孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进行的条件下才会发生。

参考答案：正确4：[判断题]3. 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14种类型，而实际存在的晶体结构是无限的。

参考答案：正确5：[判断题]4、滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。

参考答案：错误6：[判断题]6、晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡献不大，而多晶体加工硬化的主要原因来自晶界两侧晶粒的位向差。

2016年秋西南大学网教[0978]《材料化学基础》新版作业及参考答案1、加聚反应是具有两个或两个以上反应官能团的低分子化合物相互作用而生成大分子的过程。

BA.√B.×2、固相反应是固体参与直接化学反应并起化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反应。

AA.√B.×3、嵌段共聚物是指将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物，它可以将多种聚合物的优良性质结合在一起，得到性能比较优越的功能聚合物材料。

AA.√B.×4、物理吸附是可逆的，具有低吸附热。

AA.√B.×5、使用后不能再充电复原而丢弃的电池，称为一次电池。

AA.√B.×6、金属的冶炼过程就是矿石的氧化过程。

BA.√B.×7、通用塑料指产量大，成本低和应用广泛的一类塑料。

AA.√B.×8、各种物质的水化热差异很大，它与物质的本性以及结合的水分子数目有关。

AA.√B.×9、硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素结合而成的化合物的总称。

AA.√B.×10、缩聚反应是具有两个或两个以上反应官能团的低分子化合物相互作用而生成大分子的过程。

AA.√11、化学吸附大多缺乏可逆性，即呈现很大的滞后现象，并具有较高的吸附热。

AA.√B.×12、是指聚合物在加工、贮存及使用过程中，其物理化学性能及力学性能发生不可逆坏变的现象。

AA.√B.×13、液相和气相间的分配比随成分不同而不同，利用这一特性，可以去除杂质完成精炼，称之为挥发精炼。

AA.√B.×14、液相和气相间的分配比随成分不同而不同，利用这一特性，可以去除杂质完成精炼，称之为区域精炼。

BA.√B.×15、使用后不能再充电复原而丢弃的电池，称为二次电池。

BA.√B.×16、金属的冶炼过程就是矿石的还原过程。

AA.√B.×17、反应物颗粒大小对固相反应速度有直接影响，颗粒越细反应速度越快。

西南大学《材料化学》复习思考题及答案（0404）《材料化学》复习思考题一、名词解释1、无机材料化学2、晶体的各向异性3、晶体的自限性4、晶体的对称性5、天然晶体6、人工晶体7、非线性光学晶体8、正压电效应9、逆压电效应10、居里温度11、压电效应12、弗仑克尔缺陷13、肖特基缺陷14、杂质缺陷15、固溶体16、连续固溶体17、有限固溶体（不连续固溶体或部分互溶固溶体）18、置换型（取代式或置换式）固溶体19、填隙型(填隙式)固溶体20、纳米材料科学21、零维纳米材料22、一维纳米材料23、二维纳米材料24、三维纳米材料（纳米固体材料）25、软化学（软化学合成）26、软材料27、溶胶-凝胶技术28、极端条件合成29、仿生合成30、理想合成31、多孔陶瓷32、软化学合成（软化学）方法33、连续陶瓷基复合材料二、简答题1、请简述无机材料化学主要研究哪方面的问题？2、何谓无机材料设计？3、请简述材料设计有哪些主要途径？4、何谓缺陷反应方程式。

5、请简述晶体结构的基本特征。

6、请简述晶体的共性。

7、请简述非晶态金属材料的基本特征。

8、何谓铁电体。

9、何谓反铁电体。

10、何谓正压电效应（压电效应）。

11、何谓逆压电效应。

12、请简述缺陷化学的研究对象和内容。

13、何谓团簇（微团簇）。

14、请简述非化学计量化合物的结构特征。

15、何谓弗仑克尔缺陷。

16、何谓肖特基缺陷。

17、请简述何谓色心（F色心）。

18、何谓非整比化合物缺陷（化合物）材料。

19、请简述何谓是纳米、纳米结构、纳米技术？20、何谓纳米微粒。

21、何谓纳米固体材料。

22、请简述团簇（微团簇）的特性。

23、何谓溶胶-凝胶技术。

24、请简述溶胶-凝胶法有哪些特点？25、请简述水热化学法（水热法）有哪些特点？26、请简述水热合成与高温固态反应法相比，在制备氧化物粉末陶瓷方面具有哪些优势？27、何谓气相化学沉积（CVD）法？28、请举例说明利用缺陷与价态控制方法在固体电解质合成中的应用。