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长春理工材料科学基础习题答案

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1.为什么没有五次轴和六次以上的轴？①因为五次和；数；每个C原子周围有4个碳-碳原子之间形成共价键，所；二价阳离子A填充于四面体空隙，三价阳离子B填充于；4.萤石、反萤石；萤石：阳离子面心立方堆积，阴离子填充在阳离子构成；反萤石：结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置；2-二八面体：八面体以共棱方式相连，但八面体中的；2-三八面体：八面体以共棱方式相连，但 1. 为什么没有五次轴和六次以上的轴？ ① 因为五次和高于六次的称轴的图形出现了中空的部位，这不符合晶体内部质点排列的结构特征，因而不可能存在。 ② 另外，从基转角α来看，只有等于360°、180°、120°、90°、60°、0°才能整除360°，即n=360°/α为整 数。 ③ 正五边形上两平行行列的结点间距不等违反了空间格子规律，所以无五次轴。 2. 金刚石结构中C原子按面心立方排列，为什么其堆积系数仅为34%？ 每个C原子周围有4个碳-碳原子之间形成共价键，所以配位数是4，共价键有方向性和饱和性，1个C与4个C形成价键没有达到紧密堆积，结构内有空隙，堆积密度仅为34%而不是74.05%。 3. 正尖晶石、反尖晶石Page39 二价阳离子A填充于四面体空隙，三价阳离子B填充于八面体空隙的叫正尖晶石。(A)[B2]O4 二价阳离子A分布在八面体空隙中，而三价阳离子B一半填充四面体空隙，另一半在八面体空隙中称为反尖晶石。(B)[AB] O4 4. 萤石、反萤石 萤石：阳离子面心立方堆积，阴离子填充在阳离子构成的四面体空隙中。CaF 反萤石：结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换的晶体。--碱金属氧化物 5. 二八面体、三八面体 2-二八面体：八面体以共棱方式相连，但八面体中的O离子只被其他两个阳离子所共用。（2/3的八面体空隙被阳离子所填充） 2-三八面体：八面体以共棱方式相连，但八面体中的O离子被其他三个阳离子所共用。（全部的八面体空隙被阳离子所填充） 6. 桥氧、非桥氧 4+ 桥氧：在有限四面体群中连接两个Si离子的氧。由于这种氧的电价已经饱和，一般不再与其他正离子配位，故桥氧也称非活性氧。 4+ 非桥氧：在有限四面体群中只有一侧与Si离子相近的氧。另一侧可与其他阳离子配位，故非桥氧亦称活性氧。 7. 架状结构、层状结构、岛状结构Page44 ① 硅氧四面体之间通过四个顶角的桥氧连起来，向三维空间无限发展的骨架状结构称为架状结构。 ② [SiO4]之间通过三个桥氧相连，在二维平面无限延伸构成的硅氧四面体层称层状结构。 ③ 在硅酸盐晶体结构中，[SiO4]以孤立状态存在，[SiO4]之间通过其它阳离子连接起来，这种结构称为岛状结构。 8. 位移性转变、重建性转变Page50；Page67（旧书） 位移性转变：不打开任何键，不改变原子最临近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子位置发生少许位移，所需的能量低，转变迅速快。是高低温转变，可逆转变。 重建性转变：破坏原子间化学键，改变配位数，是晶体结构完全改变原样的一种多晶转变，所需能量高，转变速度慢，有些是不可逆转变。 9. 解释在AX型晶体结构中，NaCl型结构最多。 在AX型晶体结构中一般阴离子X的半径较大，而阳离子A半径较小，所以阴离子做紧密堆积，阳离子填充在其间隙中。大多数AX型化合物的r+/r-比在0.414-0.732之间，应填充在八面体空隙中，即具有NaCl型结构，并且NaCl型晶体结构的对称性较高，所以AX型晶体结构中NaCl型结构最多。 10. TiO2的性质及应用。Page50（旧书）⑴在光学性质上具有很高的折射率。⑵在电学性质上具有高的介电系数。 ⑶因此成为制备光学玻璃的原料，也是无线电陶瓷中需要的晶相。⑷TiO2的纳米和介孔材料有催化净化效果，用于光催化下的净化功能。 11. 同质多晶和类质同晶现象？ ① 把同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、PH等），结晶成为两种以上不同结构的晶体的这一现象称为同质多晶或同质多象。由此而产生的化学组成相同、结构不同的晶体称为变体。 ② 化学组成相似或相近，在相同的热力学条件下形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。 12. 分析说明高岭石、蒙脱石结构特点及其结构差异，并说明性质和结构的相关性。 高岭石：1:1层状结构，有解理性，层间为氢键。因此可交换的阳离子容量小。水分子不易进入单网层之间，晶体不会因为水含量增加而膨胀，故具有很好的可塑性。 蒙脱石：2:1层状结构，有解理性，层间为范氏键，易吸水，有膨润性。具有很高的阳离子交换能力。对Na、Ca、 Mg、Al、H等正离子均有强的交换性。 13. 用晶体结构理论解释水泥原料石灰石中方解石的结构。Page35 水泥材料石灰石中方解石的结构可看成变了形的NaCl结构形式。只要将NaCl的三次轴竖立并加压使棱的夹角由 2++2--2-4+2-90°变至101°55′。然后以Ca代替Na，CO3代替Cl。CO3中的C在中心，三个O围绕C在一平面上成一等边三角 2+ 形。Ca的配位数为6。 14. 表征硅酸盐晶体的化学式方法有几种，分别是什么？并进行比较。表征硅酸盐晶体的化学式方法有两种： 一种是所谓的氧化物法，即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物按一定比例和顺序全部写出来，先是+1价碱金属氧化物，其次是+2价，+3价的金属氧化物，最后是SiO2。例如，钾长石的化学式写成K2O·Al2O3·6SiO2； 另一种是无机络盐表示法，是把构成硅酸盐晶体所有离子按照一定比例和顺序全部写出来，再把相关的络阴离子 3+4+2--用中括号[]括起来即可，先是+1价，+2价的金属离子，其次是Al和Si的离子，最后是O或OH离子，如钾长石为 K[AlSi3O8]。 比较：氧化物表示法的优点在于一目了然地反映出晶体的化学组成，可以按此组成配料来进行晶体的实验室合成。无机络盐表示法则可以比较直观地反映出晶体所属的结构类型，进而可对晶体结构及性质做出一定程度的预测。两种表示方法之间可以相互转换。 15. 影响形成置换固溶体的因素有哪些？Page73 ⑴离子尺寸因素的影响。若以R1和R2分别表示溶剂或溶质离子的半径，则|R1?R2| R1<15%时，可能形成连续 型固溶体，若在15%-30%时，可以形成有限型固溶体，大于30%时，不能形成固溶体 ⑵晶体结构类型的影响。在1的条件下，两组份若具有相同的晶体结构类型，就易形成连续型固溶体⑶离子类型和键性。化学键性质相近，即取代前后离子周围离子键性相近，则易形成固溶体。⑷电价因素，形成固溶体时候，离子间可以等价置换，也可以不等价置换 16. 形成固溶体后对晶体性质的影响。 1、稳定晶格：阻止某些晶型转变的发生；2、活化晶格：形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；3、固溶强化：固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低，称为固溶强化。1）间隙式溶质原子的强化效果一般要比置换式溶质原子更显著。2）溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶强化越显著。4、形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低。5、催化剂：用锶、镧、锰、钴、铁等的氧化物间形成的固溶体消除有害气体很有效。6、固溶体的电性能：固溶体形成对材料电学性能有很大影响，几乎所有功能陶瓷材料均与固溶体有关。在电子陶瓷材料中制造出各种奇特性能的材料。（1）超导材料（2）压电陶瓷7、透明陶瓷及人造宝石：利用加入杂质离子可以对晶体的光学性能进行调节或改变。 17. 写出缺陷反应及固溶体的化学式： ⑴氧化钛固溶在氧化铝中⑵氧化钇固溶在氧化镁中⑶氯化钙固溶在氧化钾中⑷氧化钙固溶在氧化钍中⑸氧化铝固溶在氧化锆中 ⑴3TiO2—2Al2O3→3TiAl˙+VAl’’’+6OO Al4-3xTi3xO6 ⑵Y2O3—3MgO→2YMg˙+3OO+VMg’’ Mg3-2xY2xO3 ⑶CaCl2—2KCl→CaK˙+VK’+2ClCl K2-xCaxCl2 ⑷CaO—ThO2→CaTh’’+OO +VO˙˙ Th1-xCaxO2-x ⑸Al2O3—2ZrO2→2AlZr’+3OO+V O˙˙ Zr2-2xAl2xO4-3x 18. 什么是弗伦克尔缺陷？其特征如何？Page55 在晶格内原子热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，变成间隙原子，而在原来的位置上形成一个空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。 ⑴空位和填隙原子成对出现，两者数量相等；⑵间隙——六方、面心立方密堆中的四面体和八面体空隙；⑶不需要自由表面；⑷晶体体积不发生变化；⑸一般情况下，离子晶体中阳离子比阴离子小，即正负离子半径相差大时，易形成弗伦克尔缺陷。 19. 什么是肖基特缺陷？其特征如何？Page55 如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖基特缺陷。 ⑴ 只有空位没有填隙原子；⑵如果是离子晶体，阳离子空位和阴离子空位成对出现，两者数量相等，保持电中性；⑶需要有自由表面；⑷伴随新表面的产生，晶体体积增加；⑸正负离子半径相差不大时，肖基特缺陷为主。 20. 非化学计量缺陷及特点。 定义：指组成上偏离化学中的定比定律，所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生变换而产生。特点：⑴产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关。⑵可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体。⑶缺陷浓度与温度有关，这一点可从平衡常数看出。⑷非化学计量化合物都是半导体。 21. 为什么非计量化合物都是N型或P型半导体材料？ N型半导体：阴离子空位的产生，束缚了自由电子，在电场的作用下，这些电子发生迁移，而形成电子导电，可以看作N型半导体。 P型半导体：结构中产生正离子空穴，引入电子空穴，在电场作用下运动而导电，可以看作P型半导体。 在非化学计量化合物中，有阴离子缺位型、阳离子填隙型，这两种缺陷都产生电子导电，所以是N型半导体材料。还有阴离子间隙型、阳离子空隙型，这两种缺陷都产生电子空穴，在电场作用下运动而导电，所以是P型半导体材料。 22. 玻璃的分相。Page93 一个均匀的玻璃相在一定温度和固相组成内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相（或液相），并相互共存的现象称为玻璃的分相（或称液相不混溶现象）。

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材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版

材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版

材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美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（），（），（）。

材料科学基础6习题and答案

材料科学基础6习题and答案

材料科学基础6习题and答案第六章相平衡和相图6-1名词解释略6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？略去6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜⽅硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某⼈实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有⽆问题？图6-1 图6-26-4如图6-1是钙长⽯（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回答：（1）六⽅、正交和三斜钙长⽯的熔点各是多少？（2）三斜和六⽅晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热⼒学稳定态？还是介稳态？6-5图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。

KE是晶型I的升华曲线；GF是晶型II的升华曲线；JG是晶型III的升华曲线，回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各⽆变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变是可逆转变还是不可逆转变？6-6在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例⼦。

6 -7 C2S有哪⼏种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？β-C2S为什么能⾃发地转变成γ-C2S？在⽣产中如何防⽌β-C2S 转变为γ-C2S？6-8今通过实验测得如图6-3所⽰的各相图，试判断这些相图的正确性。

如果有错，请指出错在何处？并说明理由。

图6-36-9根据图6-4所⽰的⼆元系统相图回答：（1）注明各相区；（2）写出⽆变量点的性质及其相平衡关系；（3）写出M1和M2熔体的平衡冷却析晶过程；（4）计算从熔体刚冷⾄T P温度及离开T P温度时系统中存在各相的百分含量。

6-10图6-5为具有⼀个不⼀致熔融化合物的⼆元系统，在低共熔点E发⽣如下析晶的过程：L A＋A m B n。

E点B含量为20％，化合物A m B n含B量为64％，今有C1和C2两种配料，其配料点分置于E点两侧。

已知C1中B含量是C2中B含量的1.5倍，且在达低共熔点温度前的冷却析晶过程中，从该⼆配料中析出的初晶相含量相等。

材料科学基础习题第四章答案与翻译

材料科学基础习题第四章答案与翻译

根据本章给出的结构，画出下列链节结构：（1）聚氟乙烯：—CH2—CHF—;（2）聚三氟氯乙烯：—CF2—CFCl—（3）聚乙烯醇：—CH2—CHOH—计算下列聚合物的链节分子量（1）聚氯乙烯：—CH2—CHCl— : m = 2+2+=mol（2）聚对苯二甲酸乙二醇酯：—OCH2-CH2OCOC6H4CO—m = 10+8+4=mol（3）聚碳酸酯：m = 16+14+3=mol（4）聚二甲硅氧烷：C2H6OSim = +2+6+3 = mol聚丙烯的数均分子量为1,000,000 g/mol，计算其数均聚合度。

答：链节为—CH3CH—CH2—，其分子量：m = 3+6= g/mol(a) 计算聚苯乙烯链节的分子量答：链节为CHC6H5CH2，分子量：m = 8+8=(b) 计算重均聚合度为25000的聚苯乙烯的重均分子量答：= 25000 g/mol = 2603800 g/mol下表列出了聚丙烯的分子量，计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 数均聚合度(d) 重均聚合度x i w i 分子量分布(g/mol)8,00016,00016,00024,00024,00032,00032,00040,00040,00048,00048,00056,000答：(a)= 12000+20000+28000+36000+44000+52000 = 600+3200+6720+10080+8800+3640 = 33040 (g/mol)(b)= 12000+20000+28000+36000+44000+52000 = 240+2000+5600+10800+11880+10920 = 41440 (g/mol)(c)聚丙烯链节的分子量：m = g/mol(d)下表列出了某聚合物的分子量分布。

计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 如果已知这一聚合物的重均聚合度为780，指出此聚合物为表所列聚合物中的哪一个为什么(d) 这一材料的数均聚合度为多少分子量分布(g/mol)x i w i15,00030,00030,00045,00045,00060,00060,00075,00075,00090,00090,000105,000105,000120,000120,000135,000答：(a)= 22500+37500+52500+67500+82500+97500+112500+127500 = 900+2625+8400+17550+19800+11700+9000+3825 = 73800 (g/mol)(b)= 22500+37500+52500+67500+82500+97500+112500+127500 = 225+1500+5775+16200+22275+15600+13500+ 6375 = 81450 (g/mol)(c)此聚合物为聚苯乙烯根据下面的分子量分布和重均聚合度为585的条件，判断是否为聚甲基丙烯酸甲酯均聚物分子量分布(g/mol)x i w i8,00020,00020,00032,00032,00044,00044,00056,00056,00068,00068,00080,00080,00092,000答：聚甲基丙烯酸甲酯链节分子式为：C5H8O2(—CH2CH3COOCH3C—)；其分子量m = 5+8+2=mol重均分子量为：=14000+26000+38000+50000+62000+74000+86000=140+1300+4560+12500+16740+15540+7740=58520与条件相符，能形成均聚物高密度聚乙烯通过诱导氯原子随机取代氢而被氯化。

材料科学基础课后习题答案1-4章

材料科学基础课后习题答案1-4章

第一章原子结构与键合1. 主量子数n、轨道角动量量子数l i、磁量子数m i和自旋角动量量子数S i。

2. 能量最低原理、Pauli不相容原理，Hund规则。

3. 同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低；4. 在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。

由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。

5. 52.0576. 73% (Cu63); 27% (Cu65)8. a:高分子材料；b:金属材料；c:离子晶体10．a) Al2O3的相对分子质量为M=26.98×2+16×3=101.961mm3中所含原子数为1.12*1020（个）b) 1g中所含原子数为2.95*1022（个）11. 由于HF分子间结合力是氢键，而HCl分子间结合力是范德化力，氢键的键能高于范德化力的键能，故此HF的沸点要比HCl的高。

第2章固体结构1．每单位晶胞内20个原子2．CsCl型结构系离子晶体结构中最简单一种，属立方晶系，简单立方点阵，Pm3m空间群，离子半径之比为0.167/0.181=0.92265，其晶体结构如图2-13所示。

从图中可知，在<111> 方向离子相接处，<100>方向不接触。

每个晶胞有一个Cs+和一个Cl-，的配位数均为8。

3．金刚石的晶体结构为复杂的面心立方结构，每个晶胞共含有8个碳原子。

金刚石的密度(g/cm3)对于1g碳，当它为金刚石结构时的体积(cm3)当它为石墨结构时的体积(cm3)故由金刚石转变为石墨结构时其体积膨胀4.]101[方向上的线密度为1.6. 晶面族{123}=(123)+(132)+(213)+(231)+(321)+(312)+)231(+)321(+)132(+)312(+)213(+)123(+)321(+)231(+)312(+)132(+)123(+)213(+)312(+)213(+)321(+)123(+)132(+)231(晶向族﹤221﹥=[221]+[212]+[122]+]212[+]122[+]221[+]122[+]212[+]221[+]122[+]221[+]212[7. 晶带轴[uvw]与该晶带的晶面(hkl)之间存在以下关系：hu+kv+lw=0；将晶带轴[001]代入，则h×0+k×0+l×1=0；当l=0时对任何h,k取值均能满足上式，故晶带轴[001]的所有晶带面的晶面指数一般形式为(hk0)。