思考题-第3章-扩散

电化学原理思考题答案（注：我只做了老师要求做的）第三章1.自发形成的双电层和强制形成的双电层在性质和结构上有无不同？为什么？2．理想极化电极和不极化电极有什么区别？它们在电化学中有什么重要用途？答：当电极反应速率为0，电流全部用于改变双电层的电极体系的电极称为理想极化电极，可用于界面结构和性质的研究。

理想不极化电极是指当电极反应速率和电子反应速率相等时，极化作用和去极化作用平衡，无极化现象，通向界面的电流全部用于电化学反应，可用作参比电极。

3．什么是电毛细现象？为什么电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状？答：电毛细现象是指界面张力随电极电位变化的现象。

溶液界面存在双电层，剩余电荷无论带正电还是负电，同性电荷间相互排斥，使界面扩大，而界面张力力图使界面缩小，两者作用效果相反，因此带电界面的张力比不带电时小，且电荷密度越大，界面张力越小，因此电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状。

4．标准氢电极的表面剩余电荷是否为零？用什么办法能确定其表面带电状况？答：不一定，标准氢电极电位为0指的是氢标电位，是人为规定的，电极表面剩余电荷密度为0时的电位指的是零电荷电位,其数值并不一定为0;因为形成相间电位差的原因除了离子双电层外,还有吸附双电层\偶极子双电层\金属表面电位。

可通过零电荷电位判断电极表面带电状况，测定氢标电极的零电荷电位，若小于0则电极带正电，反之带负电。

5．你能根据电毛细曲线的基本规律分析气泡在电极上的附着力与电极电位有什么关系吗？为什么有这种关系？（提示：液体对电极表面的润湿性越高，气体在电极表面的附着力就越小。

）6．为什么在微分电容曲线中，当电极电位绝对值较大时，会出现“平台”？7．双电层的电容为什么会随电极电位变化？试根据双电层结构的物理模型和数学模型型以解释。

8．双电层的积分电容和微分电容有什么区别和联系？9．试述交流电桥法测量微分电容曲线的原理。

10．影响双电层结构的主要因素是什么？为什么？答：静电作用和热运动。

第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础 一、思考题1、间歇系统与连续系统中，反应速率的定义式有何异同？2、反应系统中反应速率与化学计量系数有何关系？3、反应速率可以用浓度c i 、分压p i 或摩尔分率y i 来表述，相应的速率常数k c 、k p 、k y 之间有何关系？4、温度增加，反应速率常数肯定增加，对否？5、空速的定义是什么？它的大小反映了反应器的什么能力？6、转化率的定义是什么？在复杂反应系统中,它是否能起到在简单反应系统中所起到的作用？7、化学反应中哪种吸附起主要作用？8、惰性物质不参加反应，所以对吸附、脱附无任何影响，对否？9、吸附或脱附为控制步骤时，关键组分A 的分压有何特点，非关键组分的分压有何特点？ 10、表面反应为控制步骤时，反应物、生成物的分压有何特点？ 11、表达反应系统体积变化的参数是什么？12、方程式中反应前后摩尔数的变化是否表示反应体积的变化？第二章 气－固相催化反应本证及宏观动力学 一、思考题1、对于球形催化剂，西勒模数（Thiele ）越大，则催化剂的内扩散有效因子如何变化？2、如果在某催化剂上测得的反应速率为r ，而内扩散有效因子为0.8，则此反应速率是否为本征反应速率？3、对于气—固相反应，什么情况下，可以不考虑分子扩散的影响？4、对于球型催化剂粒子，西勒模数的定义式是什么？5、本征化学反应速度在内外扩散阻力完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系？6、孔结构对内扩散有无影响？7、在气体的扩散过程中，如果催化剂的孔径远远小于分子的平均自由程时，可以不考虑哪种扩散？ 8、对于气－固相反应，如果本征动力学方程式为r ，催化剂的内扩散有效因子为ζ，则宏观动力学方程式应如何表示？ 二、计算题1、某可逆反应：A B C D k k +⇔+21，其均匀表面吸附机理的动力学方程式为：()()()r k P P P P K b P b P bP b P A A B C D A A C CBB D D=-++++1122试写出反应机理及控制步骤，并证明之。

传热学思考题参考答案第一章：1、用铝制水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。

而一旦壶内的水烧干后水壶很快就被烧坏。

试从传热学的观点分析这一现象。

答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。

2、什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。

答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。

例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。

例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。

第二章：1、扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么?有人认为,只要扩展表面细长,就可按一维问题处理,你同意这种观点吗?答：条件：（1）材料的导热系数，表面传热系数以及沿肋高方向的横截面积均各自为常数（2）肋片温度在垂直纸面方向（即长度方向）不发生变化，因此可取一个截面（即单位长度）来分析（3）表面上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的（4）肋片顶端可视为绝热。

并不是扩展表面细长就可以按一维问题处理，必须满足上述四个假设才可视为一维问题。

2、肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降及散热表面积增加。

因而有人认为随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量会下降，试分析该观点的正确性。

答：的确肋片高度增加会导致肋效率下降及散热表面积增加，但是总的导热量是增加的，只是增加的部分的效率有所减低，所以我们要选择经济的肋片高度。

第三章：1、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关,而与导热系数无关。

《材料结构与性能》思考题第一章金属及合金的晶体结构1．重要名词晶体非晶体单晶体多晶体晶粒晶界各向异性假等向性（伪各向同性）空间点阵阵点（结点）晶胞简单晶胞（初级晶胞）布拉菲点阵晶系晶面晶面指数晶向晶向指数密勒指数晶面族晶向族晶带晶带轴面间距配位数致密度点阵常数面心立方（A1）体心立方(A2) 密排六方(A3) 同素异构现象四面体间隙八面体间隙多晶型性(同素异构转变) 原子半径合金相固溶体间隙固溶体置换固溶体有限固溶体无限固溶体电子浓度无序分布偏聚短程有序短程有序参数维伽定律中间相金属间化合物正常价化合物电子化合物(Hume-Rothery相) 间隙相间隙化合物拓扑密堆相(TCP相) PHACOMP 方法超结构（有序固溶体，超点阵）长程有序度参数反相畴（有序畴）2．试述晶体的主要特征。

3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110), (123), (130)), (121), (225), [112], [312], 2]。

画出六方晶系中的下列晶面：(0001), (1120), (1011)。

[114．画出立方晶系(110)面上的[111]方向，(112)上的[111]方向。

在其(111)面上有几个<110>方向5．计算面心立方、体心立方、密排六方点阵晶胞的晶胞内原子数、致密度。

其中原子的配位数是多少6．面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵7．画图计算面心立方和体心立方点阵的四面体、八面体间隙的半径r B与原子半径r A之比。

8．铜的面心立方点阵常数为Å，计算其（122）晶面间距。

9．立方晶系中晶面指数和晶向指数有什么关系10．写出立方晶系{112}晶面组的全部晶面和<123>晶向族的全部晶向。

11．已知点阵常数a=2 Å，b=6 Å, c=3 Å, 并已知晶面与三坐标轴的截距都是6 Å，求该晶面的指数。

第一章1、大气污染的定义？大气污染综合防治的含义？大气污染系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了生态环境。

大气污染综合防治的含义：实质上就是为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。

2、大气污染的主要影响表现在哪些方面？①对人体健康的影响；②对植物的伤害；③对器物和材料的影响；④对大气能见度和气候的影响；⑤对臭氧层的破坏。

3、简述大气污染物侵入人体的主要途径。

大气污染物侵入人体的主要途径：表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气。

4、论述大气污染综合防治措施。

①全面规划、合理布局；②严格环境管理；③控制大气污染的技术措施；④控制污染的经济政策；⑤控制污染的产业政策；⑥绿化造林⑦安装废气净化装置。

5、目前计入空气污染指数（API）的项目有哪些？计入空气污染指数（API）的项目：可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和臭氧（O3）。

6、叙述环境空气质量控制标准的种类及作用？种类：A、按其用途可分为环境空气质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准及大气污染警报标准等；B、按其使用范围可分为国家标准、地方标准和行业标准。

作用：环境空气质量标准是执行环境保护法和大气污染防治法、实施环境空气质量管理及防治大气污染的依据和手段。

7、我国“环境空气质量标准”的主题内容与适用范围环境空气质量标准是以保护生态环境和人群健康的基本要求为目标，而对各种污染物在环境空气中的允许浓度所作的限定规定。

它是进行环境空气质量管理、大气环境质量评价及制定大气污染防治规划和大气污染物排放标准的依据。

8、我国“环境空气质量标准”中规定的污染物有哪些？我国是如何分级分区实施环境空气质量管理的？规定的污染物：二氧化硫（SO2）、总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、铅（Pb）、苯并[a]芘(B[a]P)和氟化物（F）。

第一章蒸馏1. 压力对蒸馏过程的汽液平衡关系有何影响，如何确定精馏塔的操作压力？2. 挥发度与相对挥发度有何不同，相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？3. 为什么说理论板是一种假定，理论板的引入在精馏计算中有何重要意义？4. 在分离任务一定时，进料热状况对所需的理论板层数有何影响?5. 进料量对理论板层数有无影响，为什么?6. 全回流操作的特点是什么，有何实际意义？7. 对不正常形状的汽液平衡曲线，是否必须通过曲线的切点来确定，为什么?8. 精馏操作回流比通常为，试分析根据哪些因素确定倍数的大小?9. 若精馏塔塔顶采用分凝器－全凝器冷却方式，在求解理论板层数时应注意什么?10.在精馏过程中，影响塔板效率的因素是什么?第二章气体吸收1. 温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响?2. 亨利定律为何具有不同的表达形式?3. 摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如何?4. 分子传质(扩散)与分子传热(导热)有何异同?5. 在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总体流动对分子传质通量有何影响?6. 讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么?7. 双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，其模型参数是什么?8. 吸收速率方程为何具有不同的表达形式?9. 传质单元高度和传质单元数有何物理意义?第三章蒸馏和吸收塔设备1．评价塔板性能的指标有哪些方面，开发新的塔板应考虑哪些问题？2．塔板上有哪些异常操作现象，它们是如何形成的，如何避免这些异常操作现象的发生？3．塔板负荷性能图的意义是什么？4．塔板有哪些主要类型，各有什么特点，如何选择塔板类型？5．综合比较板式塔与填料塔的特点，说明板式塔和填料塔各适用于何种场合？6．评价填料性能的指标有哪些方面，开发新型填料应注意哪些问题？7．填料有哪些主要类型，各有什么特点，如何选择填料？8．填料塔的流体力学性能包括哪些方面，对填料塔的传质过程有何影响？第四章液-液萃取1．如何选择萃取操作的温度？2．压力对萃取分离效果有何影响？3．如何确定单级萃取操作中可能获得的最大萃取液组成？对于>1和<1两种情况确定方法是否相同？4．如何选择萃取剂用量或溶剂比？5．对于组分B、S部分互溶的物系如何确定最小溶剂用量？6．超临界流体萃取有何特点？7．根据哪些因素来决定是采用错流还是逆流操作流程？第五章固体物料的干燥1. 当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化? 在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么?2. 测定湿球温度tw和绝热饱和温度tas时，若水的初温不同，对测定的结果是否有影响？为什么？3. 如何区别结合水分和非结合水分？4. 当空气的t、H一定时，某物料的平衡湿含量为X*，若空气的H下降，试问该物料的X*有何变化？5. 采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？。

（完整版）化⼯原理思考题答案化⼯原理思考题答案第⼀章流体流动与输送机械1、压⼒与剪应⼒的⽅向及作⽤⾯有何不同答：压⼒垂直作⽤于流体表⾯，⽅向指向流体的作⽤⾯，剪应⼒平⾏作⽤于流体表⾯，⽅向与法向速度梯度成正⽐。

2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素答:单位是N·S/m2即Pa·s，也⽤cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分⼦间的引⼒和分⼦的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压⼒有关3、采⽤U型压差计测某阀门前后的压⼒差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？答：⽆关，对于均匀管路，⽆论如何放置，在流量及管路其他条件⼀定时，流体流动阻⼒均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截⾯的压⼒差却不相同。

4、流体流动有⼏种类型？判断依据是什么？答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？答：雷诺数表⽰流体流动中惯性⼒与黏性⼒的对⽐关系，反映流体流动的湍动状态6、层流与湍流的本质区别是什么？答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中⼼可分为哪⼏个区域？答：层流内层、过渡层和湍流⽓体三个区域。

8、流体在圆形直管中流动，若管径⼀定⽽流量增⼤⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的4倍。

9、圆形直管中，流量⼀定，设计时若将管径增加⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：10、如图所⽰，⽔槽液⾯恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试⽐较⼀下各量⼤⼩11、⽤孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改⽤转⼦流量计，转⼦上下压差值⼜将如何变化？答：孔板前后压⼒差Δp=p1-p2，流量越⼤，压差越⼤，转⼦流量计属于截⾯式流量计，恒压差，压差不变。

思考题及参考答案（从善海整理）第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词：点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。

线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。

如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。

如晶界和亚晶界。

亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。

单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。

多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。

非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

《核反应堆物理基础》教材思考题参考答案第一章思考题：1、试根据核力的特性解释稳定核素的中子-质子数目比会随着质子数的增加而逐渐从1变成大于1。

[解答]：A<40时，β稳定綫近似为直线，N/Z=1，这些核素比较稳定；对于A>40，由于随质子数Z的增大，长程的库仑排斥力加大，需要较多的中子来抵销库仑效应，所以β稳定綫的中/质比变成大于1。

2、既然宏观截面代表一个中子在介质中穿行单位距离与介质原子核发生相互作用的概率，那么，若宏观截面大于1，有何物理意义？[解答]：宏观截面并非是用百分数来表示的一般意义上概率，而是表示一个中子与单位体积内所有靶核发生某类核反应的概率，亦即一个中子在介质中每单位穿行距离上与靶核发生某类核反应的概率。

如果宏观截面大于1，则说明中子与靶核发生某类核反应之前可能的自由飞行的平均距离小于1cm。

3、我们知道中子的散射平均自由程代表中子在介质中与介质原子核前后发生两次碰撞时平均穿行的距离，那么，吸收平均自由程又怎么解释呢？[解答]：吸收平均自由程就是中子与靶核发生吸收核反应之前可能的自由飞行的平均距离。

4、有什么办法可以减少慢化过程中铀-238对中子的共振吸收？[解答]：当燃料和慢化剂作非均匀布置时，可减少中子在慢化过程中铀-238核对中子的共振吸收，即有较大的逃脱共振吸收几率，原因如下：1）由于燃料芯块对共振能量的中子有屏蔽作用（自屏效应），燃料核吸收共振中子的能力下降。

这是因为共振中子主要在慢化剂中产生，随后入射到燃料芯块上，所以首先为芯块表层的的U-238核所吸收（σr U-238很大），所以，在芯块内的共振中子通量密度急剧下降。

2）当燃料芯块之间的距离足够大时，慢化到共振能量的中子与燃料核的碰撞几率就要比均匀系统的小，而与慢化剂核的碰撞几率却增加了。

中子与慢化剂核碰撞后，能量往往就直接降到共振能量以下了。

5、试运用四因子模型，分析以下因素对反应堆有效增殖系数的影响：1）提高核燃料的富集度；2）向反应堆内引入吸收体；3）把包裹在堆芯外的中子屏蔽/反射层移走；4）把反应堆内的液体慢化剂排走。

思考题第一课自然电位测井SP？*1.分析自然电位的成因，写出扩散电动势、扩散吸附电动势、总电动势表达式。

答：自然电场的产生(原理)扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势1.扩散电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——电化学过程——电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——离子扩散——离子迁移率不同——两边分别富集正、负离子 (延缓离子迁移速度)——产生电动势(直到正负离子达到动态平衡为止 ) 公式：2.扩散吸附电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——产生阳离子交换——产生电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——带电离子扩散——阳离子交换——孔隙内溶液阳离子增多——浓度小的一方富集正电荷，浓度大的一方富集负电荷产生电动势（扩散吸附）公式：3.过滤电动势产生原因：泥浆柱与地层之间的压差造成离子的扩散。

一般在近平衡钻井情况下不考虑。

总电动势公式：*2.不同Cw、Cmf情况下自然电位测井曲线有哪些特征？1.当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）2.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）3.当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效*4.自然电位测井曲线在油田勘探开发中应用于哪些方面？1.划分渗透层（半幅点法，砂泥岩剖面较常用）2.估算泥质含量3.地层对比依据： 1)相同沉积环境下沉积的地层岩性特征相似; 2)同一段地层有相同或相似的沉积韵律组合; 3)由1)和2)决定同层、同沉积（相）的SP曲线特征一致。

4.确定、划分沉积相5.确定油水层及油水界面（△USP油小于△USP水）6.识别水淹层(依据 Cw <或> Cwz) 渗透层水淹后SP基线偏移，偏移量与Cw/Cwz(注入)有关7.确定地层水电阻率Rw3.影响自然电位测井的因素有哪些？1.Cw/Cmf影响（地层水矿化度/泥浆滤液矿化度）当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效2 .岩性影响砂泥岩剖面泥岩(纯泥岩)——基线纯砂岩——SSP(h>4d)当储层Vsh 增大，自然电位幅度△USP（变小）<SSP 靠近泥岩基线3..温度影响温度对离子运动，离子扩散速率有影响不同深度地层温度不同4.地层水、泥浆滤液中含盐性质影响（溶液中离子类型不同，迁移速率不同，直接影响Kd、Kda）5.地层电阻率影响（当地层电阻率较大时，其影响不容忽视。