胡赓祥《材料科学基础》第3版考研真题精选【圣才出品】

第1章　原子结构与键合一、简答题1．固体材料中，内层电子状态通常用哪些量子数描述？外层电子状态通常使用的量子数有哪些？答：固体材料中内层电子状态通常用主量子数n、角（动量）量子数l、磁量子数m 和自旋量子数m s来描述。

固体材料中外层电子状态通常用电子波矢（k x，k y，k z）和自旋量子数m s来描述。

2．原子中一个电子的空间位置和能量可用哪4个量子数来决定？答：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。

3．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？答：能量最低原理，Pauli不相容原理，Hund规则。

4．在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？它的性质如何递变？答：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；同一主族元素最外层电子数相同，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。

5．何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？答：在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然而它们的化学性质相同，这种物质称为同位素。

由于各同位素所含的中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同6．原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？答：7．S的化学行为有时像2价的元素，而有时却像4价元素。

试解释S这种行为的原因。

答：S的最外层电子为3s23p4。

S与H结合成H2S时，接受2个电子，故为2价；S 与O结合成SO2时，此时S供给4个电子，故为4价。

8．尽管HF的相对分子质量较低，试解释：为什么HF的沸腾温度（19.4℃）要比HCI的沸腾温度（－85℃）高？答：由于HF分子间结合力是氢键，而HCI分子间结合力是范德瓦耳斯力，氢键的键能高于范德瓦耳斯力的键能，因此HF的沸点要比HCI的高。

第10章　材料的功能特性一、简答题1．提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说Cr 是不锈钢中最重要的合金元素？答：（1）提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电位、形成单相组织。

（2）Cr 可形成表面致密氧化膜Cr 2O 3，可提高电极电位，可形成单相铁素体。

2．对能带理论与量子自由电子理论所给出的固体材料中外层电子状态特点进行比较，指出其异同点。

答：（1）相同点。

外层电子的波矢都是量子化的，具有相同的允许取值条件：123n ,n ,n 1232π2π2π,,k n n n LL L ⎛⎫= ⎪⎝⎭因此能量也都是量子化的。

（2）不同点。

量子自由电子理论给出的电子能级，对于宏观材料时准连续的能级，能量与波矢之间的关系为。

而根据能带理论，电子的能级之间可能产生相对于电222k mηε=子的相邻能级间隔来说很宽的禁带（发生于相邻的布里渊区边界上），而电子能级的能量与电子波矢之间的关系通常都偏离抛物线关系。

二、计算题1．面心立方结构的金属Cu （按正一价计算）的晶格常数为0.361nm ，依据量子自由电子理论计算其自由电子的费米能、费米波矢，给出0K 下自由电子的平均动能以及所对应的运动速度大小。

解：自由电子的体积密度为：283v 93418.510m (0.36110)e N --⨯==⨯⨯费米能：234222/32282/318F v 31(1.0510)(3π)(3π8.510) 1.1210J 7.02eV 229.110e N m ηε---⨯=⋅=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯费米波矢：1/231181/2101F F 2342(29.110 1.1210) 1.3610m 1.0510m k εη----⎛⎫⨯⨯⨯⨯===⨯ ⎪⨯⎝⎭0K 下，自由电子的平均动能为费米能的3/5，故为4.2eV ；相对应的运动速度为：1/26F 2 1.5710m/s v m ε⎛⎫===⨯ ⎪⎝⎭2．8mol% 222材料，请写出两种可能发生的固溶反应式及相应的固溶体化学式。

第4章　固体中原子及分子的运动一、选择题1．由纯A 和A-B 固溶体形成的互扩散偶（柯肯达尔效应），以下表述正确的是（ ）。

[上海交通大学2005研]A ．俣野面两侧的扩散原子其化学势相等：，A A A AB μμ-=B B A A Bμμ-=B ．该扩散为上坡扩散C ．空位迁移方向与标记面漂移方向一致【答案】C2．有一级稀的fcc 结构的间隙固溶体，设a 0为晶格常数，为间隙原子延扩散方向ν的振动频率，为从平衡位置到势垒顶点的自由能改变量，则扩散系数可与表示为（rn G ∆）。

[浙江大学2007研]A ．2rn 0exp G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭B ．2rn 01exp 6G D a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭C ．2rn 02exp GD a RT ν∆⎛⎫=- ⎪⎝⎭【答案】A3．下列有关固体中扩散的说法中，正确的是（ ）。

[东南大学2006研]A ．原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度B ．空位扩散是指间隙固溶体中的溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙C ．晶界上点阵畸变较大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小D ．成分均匀的材料中也存在着扩散【答案】D4．912℃下的晶胞体积为0.02464nm ，而转变为晶胞晶体为Fe α-Fe γ-0.0486nm ，在该温度单位质量转变为时，其体积（ ）。

[哈尔滨工业大学Fe γ-Fe α-2007研]A ．膨胀B ．收缩C ．不变D ．不能确定【答案】A二、填空题1．扩散系数与温度的关系式是_________。

在高温阶段和低温阶段，扩散系数较大的是_________。

[天津大学2010研]【答案】；低温阶段0exp(/)D D Q RT =-2．线性高分子可反复使用，称为________塑料；交联高分子不能反复使用，称为________塑料。

[北京工业大学2009研]【答案】热塑性；热固性3．从F -R 源模型考虑，金属沉淀强化后的屈服强度与沉淀相粒子平均间距L 的关s σ系为_______。