材料化学 化工大学课后习题答案

第一章1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？答：（1）晶体的一般特点是：a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性（2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。

点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系：点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元2、什么是同质多晶？什么是类质同晶？一些组成固定的化合物，由于其内部微粒可以以不同的方式堆积，因而产生不同种类的晶体，我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。

在两个或多个化合物中，如果化学式相似，晶体结构形式相同，并能互相置换的现象，我们称之为类质同晶现象。

3、产生晶体缺陷的原因是什么？晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如何？答：晶体产生缺陷的原因主要有：（1）实际晶体中的微粒总是有限的；（2）存在着表面效应；（3）存在着表面效应；（4）粒子热运动；（5）存在着杂质。

在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响，在生产和科研中非常重要，是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。

第二章１、晶体的结构特性是什么？这些特性是什么原因引起的？（1）晶体的均匀性：晶体的均匀性是焓因素决定的；非晶体的均匀性是由熵因素引起的。

（2）晶体的各向异性：由于晶体在各个方向上的点阵向量不同，导致了晶体在不同方向上具有不同的物理性质（3）晶体的自范性：在适宜的外界条件下，晶体能自发生长出晶面，晶棱等几何元素所转成的凸多面体，晶体的这一性质即为晶体的自范性。

（4）晶体的熔点：晶体在受到热作用时，温度升高，组成晶体的点阵上的原子或原子团而因振动加剧，当此振动的能量（平动和转动）达到晶格能（晶格对原子的束缚）时，晶体的结构被破坏，晶体开始熔化。

因晶体中各原子所处的环境相同，所以熔化的温度也相同。

所以晶体有一定的熔点。

（5）晶体的对称性：晶体的点阵结构决定了晶体的内部结构和理想外形都具有对称性。

理想外形的对称性属于宏观对称性；内部结构的对称性属于微观对称性。

２、简述产生非整比化合物的原因，当二元化合物AB中某原子被氧化，则此原子的组成系数将向什么方向变化？当晶体中出现空位或填隙原子,从而使化合物的成份偏离整数比。

1、某种原子过多或短缺。

2、层间嵌入某些离子、原子或分子。

3、晶体吸收某些小原子。

元化合物AB中某原子被氧化，某一原子被氧化造成另一原子短缺，则组成系数向短缺原子偏移。

３、按光的透射原理，试分析在一定条件下，胆甾相液晶是否能透光？当各层分子长轴的去向不相互垂直时可以透过光。

４、试说明玻璃与陶瓷的异同玻璃是高温下熔融，熔融体在冷却过程中黏度逐渐增大、不析晶、室温下保持熔体结构的非晶固体。

陶瓷是指通过烧结包含有玻璃相和结晶相的特征的无机材料。

５、某种非氧化硅系列的玻璃质材料，在经过较长时间的存放后，透明性降低的原因是什么？玻璃的透明性的主要原因是结构中最高占有轨道和最低空轨道的能级差别大，不能发生对可见光的吸收而产生电子跃迁的现象。

经过较长时间的存放后最高占有轨道和最低空轨道的能级差减小，其次表面被氧化，表面不光滑会反射光。

６、当原子的配位数达到最大值12时，这12个配位原子所构成的凸多面体的面数为14，则它有多少个棱？F+V=E+2 14+12=E+2 E=247、某大晶体在110晶面的衍射峰半高宽为0.45º，衍射角为8.7º。

今制备的该晶体粉未的110晶面的半高宽为0.92º，试求110晶面的厚度。

（X射线的波长为154pm）。

D＝Kλ/（B－B0）cosθ=0.9*154/(0.92-0.45/360 *2π) cos8.7=1.709*10^3第三章1、指出A1型和A3型密堆积结构的点阵形式与晶胞中球的数目。

A1型立方面心最密堆积晶胞中球的数目4A3型六方最密堆积晶胞中球的数目22、计算A2、A3型密堆积结构中圆球的空间占有率。

A2堆积的空间利用率的计算:A2堆积用圆球半径r表示的晶胞体积为:A3堆积用圆球半径r 表示的晶胞体积为:3、用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体。

金属：晶体的能带中存在不满带，表现出导电性。

有两种情况（如同）：一是没有足够的电子填充价带能级，形成不满带；另一种是价带与空带重叠，电子在没有排满价带之前，一部分电子就开始填充空带部分，而形成不满带。

半导体：在波矢K 落在布里渊区边缘时，会发生能级分裂，出现禁带，但是半导体材料的禁带宽度很小，一般小于2eV ，在热激发下部分低能级电子可以跃迁到高能级上，从而表现出导电性。

绝缘体：同样也出现禁带，只是他的禁带宽度相对大一些，一般的温度下，热激发不能提供足够的能量使低能级上的电子跃迁到高能级上，因此不能表现出导电性。

金属镁如果仅仅从核外电子排布情况来看，1S 、2S 、2P 、3S 能级都被电子%.r r V V A r V r )r (V 02688333643422342233643433333=π=π⋅=π⋅===晶胞圆球圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中%.r r V V A r V r r )r (r V 0574231283423342228232383333=π=π⋅=π⋅==⨯⨯⋅=晶胞圆球圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中r.a . a r r, c a 26636331382382==⋅=⋅==排满，应该为绝缘体或半导体，但是金属镁的3S能带和3P能带发生部分重叠，从而使金属镁表现出导电性，为导体。

4、单质Mn有一种同素异型体为立方结构，其晶胞参数为635pm，密度ρ＝7.26g·cm-3,原子半径r＝112pm，计算晶胞中有几个原子，其空间占有率为多少？答：设单位晶胞原子数为n，则单位晶胞的质量为m=(n/NA)×M已知晶胞参数a=0.6326 nm 则晶胞的体积为V＝a3已知密度ρ＝7.26g/cm3，Mn的原子量M＝54.94 根据ρ＝m/V 计算的n=20 为复杂立方体结构已知原子半径R＝0.112 nmξ＝nVatom/Vcell=20×[(4/3)πR3]/a3=0.4655、金属化合物物相与金属固溶体物相比有何不同？试从结构特征、组成特征和性能特征明。

答：（1）构成金属固溶体的组成成分具有相同的结构形式，组分金属的原子半径相近，并且其电负性不能相差太多；而金属化合物组成成分的结构形式和原子半径、电负性有较大的差别。

（2）金属固溶体的结构仍然保持着其组分的结构，而金属化合物的结构一般不同其组分在独立存在是的结构形式，不同于金属固溶体中各组分原子占据着相同的结构位置，金属化合物各组分中原子在结构中位置占据着不同的位置。

（3）金属固溶体的性能与其组成成分在熔点和硬度上都要强许多，而金属化合物易于生成组成可变的金属化合物。

第四章1、如何正确理解离子半径的概念，离子半径是不是常数？它与哪些因素有关？答：若将离子近似的看作具有一定半径的弹性球，两个相互接触的球形离子的半径之和即等于核间的平衡距离，这就是一般所说的离子半径的意义。

离子半径本来应该是指离子电子云的分布范围，但是按照量子力学计算，离子的电子云密度是无穷的，因此严格的说，一个离子的半径是不定的，它和离子所处的特定条件有关。

2、对一金属原子，它的原子半径、共价半径、离子半径及van de waals半径的相对大小关系是什么？范德华半径>金属半径>共价半径>离子半径3、羟基苯甲酸亦称水杨酸，以氢键解释它们的邻、间、对位异构体中哪个熔点最低。

分子间生成氢键，熔点会上升；分子内生成氢键，一般熔点会降低。

水杨酸的邻位结构形成六元环的分子内氢键，熔点159℃，而生成分子间氢键的间位和对位结构熔点分别为201.3℃和213℃。

4、试用热化学数据计算KCl晶体的晶格能。

第五章1、一聚合物样品的元素分析结果为n(C):n(H):n(O)=2:4:1，试分析可能是什么聚合物？单体：CH2 = CHOH 聚乙烯醇。

结构式：-[CH2-CH]n-OHCH3CH0CH2-CH2O2、聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸甲酯哪一个较为柔顺？答：聚丙烯酸甲酯的柔顺性比和聚甲基丙烯酸甲酯要好。

高分子在运动时C-C单键在保持键长和键角不变的情况下可绕轴任意旋转，称之为单键的内旋转。

高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。

高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。

由于分子内旋转是导致分子链柔顺性的根本原因，而高分子链的内旋转又受其分子结构的制约，因而分子链的柔顺性与其分子结构密切相关，其中主链结构、侧基和链的长度都起作用。

在C-C键上带有其他原子或基团时，由于这些原子和基团之间存在着一定的相互作用，会阻碍单键的内旋转，所以柔顺性降低。

3、说出分子间力主要是：A：色散力；B：偶极力；C：氢键的聚合物名称。

答：（1）主要是色散力的聚合物：聚乙烯等；（2）主要是偶极力的聚合物：聚氯乙烯等；（3）主要是氢键的聚合物：聚乙烯醇、纤维素等。

4、非晶态聚合物在不同温度下的力学状态有何特点？答：非晶态聚合物在不同温度下，可以呈现三种不同的力学状态，即玻璃态、高弹态和粘流态，这三种力学状态是聚合物分子微观运动特征的宏观表现。

玻璃态聚合物在升高到一定温度时可以转变为高弹态，这一转变温度称为玻璃化转变温度，或简称玻璃化温度，当升温到粘流温度时，由高弹态转为粘流态。

5、简要说明逐步聚合反应的特征。

答：逐步聚合反应是由单体及不同聚合度的中间产物之间通过官能团之间的逐步反应来聚合的，具有以下几个特征：（1）逐步聚合反应是由若干个聚合反应构成的，是逐步进行的，反应可以停留在某一阶段上，可得到中间产物；（2）缩聚产物链节的化学结构与单体的不完全相同；（3）在缩聚过程中总有小分子副产物析出；（4）相对分子质量随转化率增高而逐步增大，只有在高转化率才能生成高相对分子质量的聚合物，这是逐步聚合反应区别小分子缩合反应的一个重要特征。

6、导电高分子一般具有何种结构？它有什么特点？答：导电高分子材料的共同特征是内都必须具备长程共轭的主链，即具有交替的单键、双键共轭结构。

共轭p键成键和反键能带之间的能隙差较小（1.5～3eV），接近于普通无机半导体的能隙，所以共轭聚合物大多具有半导体的特性。