材料化學(xué)第三章習(xí)題與答案
1． 用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體？
答：按固體能帶理論，金屬晶體中含有不同的能帶（如下圖所示）：已充滿電子的能帶叫做滿帶，其中的電子無法自由流動(dòng)、躍遷；價(jià)電子充滿的能帶稱為價(jià)帶（VB），對(duì)于一價(jià)金屬，價(jià)帶是未滿帶，對(duì)于二價(jià)金屬，價(jià)帶是滿帶；在此之上，是能量較高的能帶，又稱為空帶，可以是部分充填電子或全空的；空帶在獲得電子后可參與導(dǎo)電過程，又稱為導(dǎo)帶（CB
）。對(duì)于半導(dǎo)體和絕緣體，在導(dǎo)帶與禁帶之間還隔有一段空隙，稱為禁帶。
據(jù)禁帶寬度和能帶中電子填充狀況，可把物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體：
導(dǎo)體：價(jià)帶是未滿帶，或價(jià)帶與導(dǎo)帶重疊，禁帶寬度為0，因而可導(dǎo)電。
半導(dǎo)體：價(jià)帶是滿帶，禁帶寬度較小，為0.1~3eV之間.
絕緣體: 禁帶寬度較大, >5 eV;
2. 有一根長為5m，直徑為3mm的鋁線，已知鋁的彈性模量為70GPa，求在200 N的拉力
作用下，此線的總長度。
解：設(shè)此時(shí)線的總長度為l,
2 2-6-62據(jù)已知條件： l = 5 m, F = 200 N，A0 = πR=3.14×3×10/4 = 7.1 ×10 m E = 70GPa;
又據(jù)應(yīng)力公式F/A0，應(yīng)變公式 (ll0)/l0 和虎克定律：E，有：
1GPa =109Pa =1×109N/m2
l2005
7.1106701095=5.002m
3. 解釋為何鋁材不生銹，而鐵則較易生銹。
答：鋁在空氣中可形成致密的氧化物膜，阻止了氧對(duì)鋁金屬的進(jìn)一步氧化腐蝕。鐵在空氣中會(huì)與空氣中的氧在表面形成松散形的氧化物膜，不能阻止氧對(duì)鐵金屬的進(jìn)一步腐蝕。
4 為什么堿式滴定管不采用玻璃活塞？
答：因?yàn)椴ＡЩ钊闹饕煞轂樗崾窖趸颯iO2, 其耐酸不耐堿。同時(shí)玻璃活塞的腐蝕會(huì)導(dǎo)致接觸部位粘結(jié)甚至損壞。
5 何種結(jié)構(gòu)的材料具有較高的硬度？如何提高金屬材料的'硬度？
答：以共價(jià)鍵結(jié)合的材料硬度高,如金剛石；其次，無機(jī)非金屬材料也有較高硬度。金屬材
料形成固溶體或合金時(shí),材料硬度會(huì)顯著提高，因此可在金屬材料中加入其它金屬或非金屬元素填形成固溶體，以提高金屬材料的強(qiáng)度。
6 什么是材料的疲勞？有哪些指標(biāo)反應(yīng)材料的疲勞性能？
材料的疲勞指材料在循環(huán)受力（拉伸、壓縮、彎曲、剪切等）下，在某點(diǎn)或某些點(diǎn)產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展直到完全斷裂的現(xiàn)象。
反應(yīng)材料疲勞性能的指標(biāo)有：疲勞強(qiáng)度、疲勞極限
7．熱膨脹受什么因素影響？試用勢(shì)能圖進(jìn)行解釋？
答： 材料的熱膨脹的一般與原子間的鍵合能力和材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，鍵合能力越強(qiáng)，勢(shì)能井越深，材料受熱后原子間的鍵長變化（Δr）越小，因而膨脹系數(shù)越小；此外，材料結(jié)構(gòu)越疏松，膨脹系數(shù)越小。
8 壓電體有什么用途？
答：①具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電體，給壓電體施加壓力，可在樣品兩側(cè)產(chǎn)生小電壓，這一現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。因此壓電體可將應(yīng)力轉(zhuǎn)化成容易測(cè)量的電壓值，可用于制造傳感器。 ② 壓電體還有電至伸縮現(xiàn)現(xiàn)象即逆壓電效應(yīng)，因而可作為音頻發(fā)生器件，如揚(yáng)聲器、耳機(jī)、蜂鳴器。
9 簡述軟磁材料和硬磁材料的磁化曲線特征及這現(xiàn)兩種材料的用途？
答：據(jù)磁滯回線的形狀可將鐵磁材料分為軟磁材料與硬磁材料：
軟磁材料在較弱的磁場(chǎng)下易磁化也易退磁。其磁滯回線呈狹長形，所包面積很小，磁滯損耗低。軟磁材料主要用作各種電感元件，如濾波器、變壓器及天線等中的磁性元件。 硬磁材料的剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力均很大，磁化后不易退磁，可長期保留磁性，又稱永磁材料，常用于電訊器件（如錄音器、電話機(jī)及各種儀表）中的磁鐵。
第四章
2．C在高溫下可作為金屬氧化物還原劑的原因：
據(jù)反應(yīng)方程式2C(s) + O2(g) → 2CO(g)知，1mol氧氣生成2mol一氧化碳?xì)怏w，熵變?chǔ)增加，導(dǎo)致埃靈罕姆圖中CO生成線的斜率－ΔS＜0，即是一條從左向右向下傾斜的直線，這表明, 隨溫度升高，ΔGΘ負(fù)值增大,CO穩(wěn)定性增大，C還原性大大增加, 從圖中可以看出,只要溫度足夠高,這條線在所有金屬氧化物的下方.因此,在高溫下,可用作金屬氧化物的還原劑.
3. (a)對(duì)任何反應(yīng):ΔG=0代表反應(yīng)在恒溫恒壓下,反應(yīng)在某非標(biāo)狀態(tài)下達(dá)平衡狀態(tài).
ΔGΘ=0表示反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,達(dá)平衡狀態(tài).
標(biāo)準(zhǔn)態(tài): 指參與反應(yīng)的各氣體的標(biāo)準(zhǔn)壓力為100 kPa.
(b) ΔGΘ>0表明在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下, 反應(yīng)不能向右進(jìn)行, 如果改變反應(yīng)條件,反應(yīng)是可以向右進(jìn)行的, 因此這一說法是偏面的或不正確的.
4. 由反應(yīng) C(s) + O2(g) → CO2(g)知，1mol氧氣生成1mol二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)前后分子數(shù)不變, 即熵變?chǔ)變化很小, 因此埃靈罕姆圖中CO2生成線為平行于橫坐標(biāo)的一條直線; 對(duì)于生成CO的反應(yīng): 2C(s) + O2(g) → 2CO(g)，1mol氧氣生成2mol一氧化碳?xì)怏w，熵變?cè)黾蛹处>0，CO生成線的斜率:－ΔS＜0，因而在埃靈罕姆圖中是一條從左向右向下傾斜的直線.
5.Ca, Mg, Li, Al, Ti
6 f=c-p+2 中的2代表溫度和壓力這兩個(gè)變量, 對(duì)于材料化學(xué)中的材料, 主要指固體材料,屬凝聚態(tài)體系, 壓力對(duì)其影響較小, 因此壓力常可忽略不計(jì), 因此 f=c-p+2 中的2可改為1.
7
8
(a) 固溶體α(B原子溶入A基體中形成的固溶體), 含B 80%
(b) 合金成分: 含B 20%的合金;
(b) 最后凝固的液體成分: 含B 30%;
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