材料化學(xué)復(fù)習(xí)題(含答案)【打印】

1、材料化學(xué)復(fù)習(xí)題：1. 原子間的結(jié)合鍵共有幾種？各自特點(diǎn)如何？類 型鍵合強(qiáng)弱形成晶體的特點(diǎn)離子鍵最強(qiáng)無飽和性和方向性:高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵強(qiáng)有飽和性和方向性:低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵較強(qiáng)無飽和性和方向性:配位數(shù)高、結(jié)構(gòu)密堆、塑性較好、有光澤、良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性氫鍵弱有飽和性和方向性；高分子化合物形成氫鍵數(shù)目巨大，對(duì)其熔點(diǎn)及力學(xué)等性能影響大；對(duì)小分子熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性、黏度也有一定影響。范德華鍵最弱無飽和性和方向性:結(jié)構(gòu)密堆、高熔點(diǎn)、絕緣2，計(jì)算體心立方結(jié)構(gòu)和六方密堆結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)

2、(1) 體心立方a ：晶格單位長(zhǎng)度R ：原子半徑 ，n=2, (2)六方密堆 n=63， 已知金屬鎳為A1型結(jié)構(gòu)，原子間接觸距離為249.2pm，請(qǐng)計(jì)算：1）Ni立方晶胞的參數(shù)；2）金屬鎳的密度；3）分別計(jì)算（100）、（110）、（111）晶面的間距。 解：對(duì)于面心立方A1型: 原子間接觸距離249.2pm=0.2492nm=2R, （1）, （2）金屬鎳的密度：（3）對(duì)于立方晶系，面間距公式為： 因此有：(100) 晶面間距: =0.3525nm(110) 晶面間距: (111) 晶面間距: nm4， 試計(jì)算體心立方鐵受熱而變?yōu)槊嫘牧⒎借F時(shí)出現(xiàn)的體積變化。在轉(zhuǎn)變溫度下，體心立方鐵的晶格參數(shù)

3、是0.2863nm，而面心立方鐵的點(diǎn)陣參數(shù)是0.359lnm。解: 體心立方: V1=a3 = (0.2863nm)3 = 0.02347 nm3 面心立方: V2= a3 = (0.3591nm)3 = 0.04630 nm3V=V2-V1=0.02284nm3, 因此體積增大0.02284 nm35，固溶體與（液體）溶液有何異同？固溶體有幾種類型？ 固體溶液與液體溶液的共同點(diǎn)：均具有均一性、穩(wěn)定性，均為混合物，均存在溶解性問題（對(duì)固態(tài)溶液稱為固溶度，對(duì)液體溶液稱為溶解度）；1均一性：溶液各處的密度、組成和性質(zhì)完全一樣；2. 穩(wěn)定性：溫度不變，溶劑量不變時(shí)，溶質(zhì)和溶劑長(zhǎng)期不會(huì)分離； 3混合物

4、：溶液一定是混合物。固體溶液與液體溶液的不同點(diǎn)：固溶體的溶質(zhì)和溶劑均以固體形式出現(xiàn)，而液體溶體的溶質(zhì)和溶劑均以液體形式出現(xiàn)；固溶體：又稱固體溶液，指由一種或多種溶質(zhì)組元溶入晶態(tài)溶劑，并保持溶劑晶格類型所形成的單相晶態(tài)固體。固溶體按固溶度分可兩種類型：有限固溶體與無限固溶體；按溶質(zhì)原子在晶格中的位置可分為置換固溶體與填隙固溶體。6，試述影響置換固溶體的固溶度的因素?答：有原子或離子半徑大小，電價(jià)，化學(xué)鍵性質(zhì)，晶體結(jié)構(gòu)等因素。（1）原子或離子半徑大?。?，r < 15 %, 形成連續(xù)固溶體；15% < r < 30%, 形成有限固溶體；r 30%,難形成固溶體；（2）電價(jià)：兩種固

5、體只有在離子價(jià)相同或同號(hào)離子的離子價(jià)總和相同時(shí)，才能滿足電中性要求，形成連續(xù)固溶體。（3）化學(xué)鍵相近，易形成連續(xù)固溶體。（4）晶體結(jié)構(gòu)類型相同，易形成連續(xù)固溶體。7，試求下圖中所示面的密勒指數(shù)A面：在x、y、z上的截距分別為x=0, y=, z=, 故須平移，向x方向移動(dòng)一晶格參數(shù)，此時(shí)，x=1, y=, z=, 其倒數(shù)：1，0，0，故為A晶面指數(shù)為（100） （倒數(shù)：1/2，-1/2，1，互質(zhì)整數(shù)：1，-1，2） （倒數(shù)：1，1，-4/3，互質(zhì)整數(shù)：3，3，-4）8，用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體？ 答：固體的導(dǎo)電性能由其能帶結(jié)構(gòu)決定。對(duì)一價(jià)金屬（如 Na），價(jià)帶是未滿帶，故能

6、導(dǎo)電。對(duì)二價(jià)金屬（如 Mg），價(jià)帶是滿帶，但禁帶寬度為零，價(jià)帶與較高的空帶相交疊，滿帶中的電子能占據(jù)空帶，因而也能導(dǎo)電。絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)相似，價(jià)帶為滿帶，價(jià)帶與空帶間存在禁帶。禁帶寬度較小時(shí)（0.13eV）呈現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)，禁帶寬度較大（5eV）則為絕緣體。 滿帶：充滿電子的能帶 空帶：部分充滿或全空的能帶 價(jià)帶：價(jià)電子填充的能帶 禁帶：導(dǎo)帶及滿帶之間的空隙 （其中，空帶和價(jià)帶是 導(dǎo)帶） 導(dǎo)體：價(jià)帶未滿，或價(jià)帶全滿但禁帶寬度為零，此時(shí)，電子能夠很容易的實(shí)現(xiàn)價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的躍遷。 半導(dǎo)體：價(jià)帶全滿，禁帶寬度在 0.1-3eV之間，此時(shí)，電子可以通過吸收能量而實(shí)現(xiàn)躍遷。 絕緣體：價(jià)帶全滿，禁

7、帶寬度大于 5eV，此時(shí)，電子很難通過吸收能量而實(shí)現(xiàn)躍遷 9， 有一根長(zhǎng)為 5 m，直徑為 3mm 的鋁線，已知鋁的彈性模量為 70Gpa，求在 200N的拉力作用下，此線的總長(zhǎng)度。 10，試解釋為何鋁材不易生銹，而鐵則較易生銹？ 答:銹蝕機(jī)理不同，前者為化學(xué)腐蝕，后者為電化學(xué)腐蝕 鋁是一種較活潑的金屬，但因?yàn)樵诳諝庵心芎芸焐芍旅艿难趸X薄膜，所以在空氣中是非常穩(wěn)定的。鐵與空氣中的水蒸氣，酸性氣體接觸，與自身的氧化物之間形成了腐蝕電池，遭到了電化學(xué)腐蝕，所以容易生銹。 11，為什么堿式滴定管不采用玻璃活塞？ 答：因?yàn)槠胀ǖ臒o機(jī)玻璃主要含二氧化硅，二氧化硅是一種酸性的氧化物，在堿液中將會(huì)被溶解

8、或侵蝕，其反應(yīng)為：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O12， Cs熔體的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能（單位為 J）與溫度 T（單位為 K）的關(guān)系為 Gom, Cs=2100-6.95T, 求Cs的熔點(diǎn)。 解：根據(jù)熱力學(xué)定律，當(dāng) G<0 時(shí)，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，因此G0時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡反應(yīng)（即Cs 由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟姆磻?yīng)）的溫度即為 Cs 的熔點(diǎn)。由 Gom Cs=2100-6.95T0，可得 T302K，所以Cs的熔點(diǎn)為 302K。13，吉布斯相律通常為 f=c-p+2，為什么在固體材料的研究中，相律一般可表達(dá)成 f=c-p+1？ 答：在固體材料的研究中，壓力對(duì)固相反應(yīng)的影響很小，通?？梢院雎裕?/p>

9、非成分的變量只有溫度這一項(xiàng)，所以相律一般可表達(dá)成f=c-p+1。14，固溶體合金的相圖如下圖所示，試根據(jù)相圖確定： a) 成分為40B的合金首先凝固出來的固體成分是什么？ b) 若首先凝固出來的固體成分含 60B，合金的成分是什么？ c) 成分為70B的合金最后凝固的液體成分是什么？d) 合金成為為50B，凝固到某溫度時(shí)液相含有 40B，固體含有80B，此時(shí)液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？答：（a）成分為40B 的合金對(duì)應(yīng)的位置為過 a點(diǎn)的垂直線，當(dāng)其冷卻至a點(diǎn)時(shí)，開始凝固，凝固出來的固體為固溶體 ，其成分為過 a 點(diǎn)作水平線與固相線的交點(diǎn)（a），所對(duì)應(yīng)的成分為80B，20A （b）若首先凝固出來的固

10、體成分為 60B，即與固相線的交點(diǎn)為 b 點(diǎn)，過 b 點(diǎn)作水平線得到與液相線的交點(diǎn)b，b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的成分即為合金的成分，過 b點(diǎn)作垂直線可得合金的成分為16B，84A （c）成分為70B 的合金最后凝固的固體成分為與固相線的交點(diǎn)（c），液體成分為與液相線的交點(diǎn)（c），所以，液體成分為 27B，73A （d）合金成分為 50B，凝固到某溫度時(shí)液相含 40B，即與液相線的交點(diǎn)為 a，固相含80，即與固相線的交點(diǎn)為 a，過 50B 作垂直線可得水平線 aoa，此時(shí)液體和固體的質(zhì)量比為wL/ws=oa/ao=30/10=3/1。所以，此時(shí)液體占75，固體占25。15：名詞解釋：弗侖克爾缺陷（Frenke

11、l defect）肖特基缺陷（Schottky defect）晶面指數(shù)和晶向指數(shù)16，提拉法中，控制晶體品質(zhì)的因素主要有哪些？答：提拉法中，控制晶體品質(zhì)的主要因素有固液界面的溫度梯度、生長(zhǎng)速率、轉(zhuǎn)晶速率以及熔體的流體效應(yīng)等。17， 單晶硅棒和厚度約1m的薄膜分別可用什么方法制備？答：1）單晶硅棒可以用晶體生長(zhǎng)技術(shù)中的提拉法來制備，即將硅原料熔體盛放在坩堝中，籽晶桿帶著籽晶由上而下插入熔體，由于固液界面附近的熔體維持一定的過冷度，熔體沿籽晶結(jié)晶，以一定速度提拉并且逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)籽晶桿，隨著籽晶的逐漸上升，生長(zhǎng)成單晶硅棒。2）厚度約1m的單晶硅薄膜可用陰極濺射法制備，即利用高能粒子轟擊固體靶材表面（S

12、i），使得靶材表面的原子或原子團(tuán)獲得能量并逸出表面，然后在基片的表面沉積形成單晶硅薄膜。18，液相外延法和氣相沉積法都可制備薄膜，如果要制備納米厚度的薄膜，應(yīng)采用哪種方法？答：液相外延法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、純度高的特點(diǎn)，但是由于晶體成核和生長(zhǎng)的速率較快，得到的膜較厚，很難得到納米厚度的薄膜。物理氣相沉積可通過調(diào)控蒸鍍?cè)磁c靶之間的距離來調(diào)控膜沉積的速率，化學(xué)氣相沉積可通過體系的溫度、壓力等因素來調(diào)控膜沉積的速率。因此，如果要制備納米厚度的薄膜，應(yīng)采用氣相沉積法比較好。19， CVD法沉積SiO2 可通過哪些反應(yīng)實(shí)現(xiàn)？寫出相關(guān)化學(xué)方程式答：CVD法沉積SiO2 可通過以下幾種反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。1）烷氧化物的熱分解：Si (OC2H5)4 SiO2 + C2H4 + H2O2）硅化合物的氧化反應(yīng)：SiCl4 (g) + O2 (g) SiO2 (s) + 2Cl 2 (g)SiH4 (g) + O2 (g) SiO2 (s) + 2H 2 (g)SiCl4 (g) + 2CO2 + 2H 2(g) SiO2 (s) + 4HCl (g) + 2CO (g)3）硅化合物的水解反應(yīng)：SiCl4 (g) + 2H2O (g) SiO2 (s) + 4HCl (g)20. 溶膠-凝膠法制備纖維材料，應(yīng)采用怎樣的條件較合適？請(qǐng)