材料化学课后习题答案

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 199:一、二

P 222:二、三(1)

P 236:一、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 。

2.麦克斯韦关系式为 p S T V p S ⎛⎫∂∂⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝

⎭⎝⎭ 、 S V T p V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、T V S p V T ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 、p T

S V p T ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 。 3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为 ,,C

B 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.表面张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。

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幂乘积成正比，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CaCO

3(s)=CaO(s)+CO

2

(g)的Δ

rGmΘ，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：()2100298ln ln 8.314298ln 0100CO r m p G K RT K RT p

θθθ⎛⎫⎛⎫∆=-=-=-⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 2.已知反应12H 2(g)+12

Cl 2(g)=HCl(g)，ΔrHm Θ=-92.2kJ ·mol -1，在298K 时，K Θ=4.86×1016，试计算500K 时该反应的K Θ和ΔrGm Θ。 解：由范特霍夫方程212111ln r m H K K R T T θθθ⎛⎫∆=-- ⎪⎝⎭

即321692.21011ln 4.86108.314500298K θ-⨯⎛⎫=-- ⎪⨯⎝⎭

，得232 1.64410K θ=⨯ 3.在301K 时，鲜牛奶大约在4h 后变酸；但在278K 时，鲜牛奶要在48h 后才变酸。假定反应速率与牛奶变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。 解：由反应速率与牛奶变酸时间成反比，可知1/2ln 2A

t k =

，反应为一级反应。速率方程为A A A dc k c dt -= 由阿仑尼乌斯方程211211ln a E k k R T T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

即0.01411ln 0.1738.314301278a E ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

，得75.163/a E kJ mol = 第三章 材料的制备

一．填空题

1.熔体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区熔法、焰熔法等。

2.物理气相沉积法是利用高温热源将原料加热，使之汽化或形成等离子体，在基体上冷却凝聚成各种形态的材料（如晶须、薄膜、晶粒等）的方法。其中以阴极溅射法、真空蒸镀法较为常用。

3.PECVD 所采用的等离子种类有辉光放电等离子体、射频等离子体、电弧等离子体。

4.液相沉淀法是指在原料溶液中添加适当的沉淀剂，从而形成沉淀物的方法。该法分为直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法。

5.固相反应按反应物状态不同分为纯固相反应、气固相反应、液固相反应及气液固相反应，按反应机理不同分为扩散控制过程、化学反应速度控制过程、晶核成核速率控制过程和升华控制过程等，按反应性质不同分为氧化反应、还原反应、加成反应、置换反应和分解反应。

6.合成新材料的一个巧妙方法是以现有的晶体材料为基础，把一些新原子导入其空位或有选择性地移除某些原子，前者称为插层法，后者称为反插层法。引入或抽取原子后其结构一般保持不变。