2020年材料化学第三章习题与答案.doc

材料化学第三章习题与答案 1用固体能带理论说明什么是导体、半导体和绝缘体？ 答：按固体能带理论，金属晶体中含有不同的能带（如下图所示）：已充满电子的能带叫做满带，其中的电子无法自由流动、跃迁；价电子充满的能带称为价带（VB），对于一价金属，价带是未满带，对于二价金属，价带是满带；在此之上，是能量较高的能带，又称为空带，可以是部分充填电子或全空的；空带在获得电子后可参与导电过程，又称为导带（CB ）。对于半导体和绝缘体，在导带与禁带之间还隔有一段空隙，称为禁带。 据禁带宽度和能带中电子填充状况，可把物质分为导体、半导体和绝缘体： 导体：价带是未满带，或价带与导带重叠，禁带宽度为0，因而可导电。 半导体：价带是满带，禁带宽度较小，为0.13eV之间. 绝缘体:禁带宽度较大,5eV; 2.有一根长为5m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，求在200N的拉力 作用下，此线的总长度。 解：设此时线的总长度为l, 22-6-62据已知条件：l=5m,F=200N，A0=R=3.14310/4=7.110mE=70GPa; 又据应力公式F/A0，应变公式(ll0)/l0和虎克定律：E，有： 1GPa=109Pa=1109N/m2 lxx 7.1106701095=5.002m 3.解释为何铝材不生锈，而铁则较易生锈。 答：铝在空气中可形成致密的氧化物膜，阻止了氧对铝金属的进一步氧化腐蚀。铁在空气中会与空气中的氧在表面形成松散形的氧化物膜，不能阻止氧对铁金属的进一步腐蚀。 4为什么碱式滴定管不采用玻璃活塞？ 答：因为玻璃活塞的主要成份为酸式氧化物SiO2,其耐酸不耐碱。同时玻璃活塞的腐蚀会导致接触部位粘结甚至损坏。 5何种结构的材料具有较高的硬度？如何提高金属材料的硬度？ 答：以共价键结合的材料硬度高,如金刚石；其次，无机非金属材料也有较高硬度。金属材 料形成固溶体或合金时,材料硬度会显著提高，因此可在金属材料中加入其它金属或非金属元素填形成固溶体，以提高金属材料的强度。 6什么是材料的疲劳？有哪些指标反应材料的疲劳性能？ 材料的疲劳指材料在循环受力（拉伸、压缩、弯曲、剪切等）下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。 反应材料疲劳性能的指标有：疲劳强度、疲劳极限 7热膨胀受什么因素影响？试用势能图进行解释？ 答：材料的热膨胀的一般与原子间的键合能力和材料的结构有关，键合能力越强，势能井越深，材料受热后原子间的键长变化（r）越小，因而膨胀系数越小；此外，材料结构越疏松，膨胀系数越小。 8压电体有什么用途？ 答：具有压电效应的材料称为压电体，给压电体施加压力，可在样品两侧产生小电压，这一现象称为压电效应。因此压电体可将应力转化成容易测量的电压值，可用于制造传感器。压电体还有电至伸缩现现象即逆压电效应，因而可作为音频发生器件，如扬声器、耳机、蜂鸣器。 9简述软磁材料和硬磁材料的磁化曲线特征及这现两种材料的用途？ 答：据磁滞回线的形状可将铁磁材料分为软磁材料与硬磁材料： 软磁材料在较弱的磁场下易磁化也易退磁。其磁滞回线呈狭长形，所包面积很小，磁滞损耗低。软磁材料主要用作各种电感元件，如滤波器、变压器及天线等中的磁性元件。硬磁材料的剩余磁化强度和矫顽力均很大，磁化后不易退磁，可长期保留磁性，又称永磁材料，常用于电讯器件（如录音器、电话机及各种仪表）中的磁铁。 第四章 2C在高温下可作为金属氧化物还原剂的原因： 据反应方程式2C(s)+O2(g)2CO(g)知，1mol氧气生成2mol一氧化碳气体，熵变S增加，导致埃灵罕姆图中CO生成线的斜率S0，即是一条从左向右向下倾斜的直线，这表明,随温度升高，G负值增大,CO稳定性增大，C还原性大大增加,从图中可以看出,只要温度足够高,这条线在所有金属氧化物的下方.因此,在高温下,可用作金属氧化物的还原剂. 3.(a)对任何反应:G=0代表反应在恒温恒压下,反应在某非标状态下达平衡状态. G=0表示反应在标准状态下,达平衡状态. 标准态:指参与反应的各气体的标准压力为100kPa. (b)G0表明在标准状态下,反应不能向右进行,如果改变反应条件,反应是可以向右进行的,因此这一说法是偏面的或不正确的. 4.由反应C(s)+O2(g)CO2(g)知，1mol氧气生成1mol二氧化碳气体，反应前后分子数不变,即熵变S变化很小,因此埃灵罕姆图中CO2生成线为平行于横坐标的一条直线;对于生成CO的反应:2C(s)+O2(g)2CO(g)，1mol氧气生成2mol一氧化碳气体，熵变增加即S0，CO生成线的斜率:S0，因而在埃灵罕姆图中是一条从左向右向下倾斜的直线. 5.Ca,Mg,Li,Al,Ti 6f=c-p+2中的2代表温度和压力这两个变量,对于材料化学中的材料,主要指固体材料,属凝聚态体系,压力对