胡赓祥《材料科学基础》(第3版)(名校考研真题详解 原子结构与键合)【圣才出品】
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 原子结构与键合)【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。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 材料的功能特性)【圣才出品】
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。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 固体中原子及分子的运动)【圣才出品】
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_______。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)(复习笔记 原子结构与键合)【圣才出品】
1.1复习笔记一、原子结构1．物质的组成一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的，这些微粒可能是分子、原子或离子。
（1）分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒；（2）原子具有复杂的结构，其结构直接影响原子间的结合方式。
2．原子的结构（1）原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的；（2）原子核内的中子呈电中性，质子带有正电荷；（3）一个质子的正电荷量正好与一个电子的负电荷量相等，它等于－e（e＝1.6022×10－19C）。
3．原子的电子结构电子既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性。
从薛定谔（SchrodingerE．）方程得到的波函数描述了电子的运动状态和在核外空间某处的出现几率，即原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来确定：（1）主量子数n——决定原子中电子能量以及与核的平均距离；图1-1钠（原子序数为11）原子结构中K，L和M量子壳层的电子分布状况（2）轨道角动量量子数l i——给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层），与电子运动的角动量有关，取值为0，1，2，…，n－1。
在同一量子壳层里，亚层电子的能量是按s，p，d，f，g的次序递增的；（3）磁量子数m i——给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。
每个l i下的磁量子数的总数为2l i＋1。
磁量子数决定了电子云的空间取向。
（4）自旋角动量量子数s i——反映电子不同的自旋方向。
s i规定为＋1/2和－1/2，反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向，通常用“↑”和“↓”表示。
在多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循以下三个原则：①能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低；②泡利（Pauli）不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子；③洪德（Hund）定则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同。
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四、名词解释题
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1．柯肯达尔效应 [湖南大学 2007 研] 答：在置换式固溶体中，由于两种原子以不同的速度相对扩散而造成标记面漂移的现象 被称为柯肯达尔效应。
2．扩散激活能 [天津大学 2008、2009 研] 答：必须要由额外的能量来克服能垒才能实现原子从一个平衡位置到另一个平衡位置 的基本跃迁，这部分能量称为扩散激活能。
Grn RT
C．
D
2a02
exp
Grn RT
【答案】A
3．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】D
5．比重偏析 [合肥工业大学 2005 研] 答：由于合金中组元比重的不同所引起的偏析，例如合金中的两组元在液态下互不相溶 时，比重大的组元沉在下面，比重小的组元浮在上面或者液态合金在搅拌不均的情况下，由 于选择凝固所生成的晶体，其比重与母液不同，或上浮或下沉，形成比重偏析。
6．上坡扩散与反应扩散 [江苏大学 2006 研] 答：上坡扩散是指溶质原子朝浓度下降的方向扩散，D＞0，d ＜0 ；反应扩散是指在扩
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点：二元系中扩散区域不存在双相区，只能形成不同的单相区。
五、解答题 1．已知碳在γ-Fe 中的扩散常数 Dα＝2.0×10-5m2/s，扩散激活能 Q＝140×103J/mol， 要想得到与在 927℃时渗碳 l0h 的相同厚度，在 870℃渗碳需要多长时间？（忽略不同温度 下碳在γ-Fe 中溶解度的不同）[北京工业大学 2008 研] 答：碳在 中扩散的误差函数解表示为
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第4章 固体中原子及分子的运动一、选择题1．影响扩散速率的最主要因素是（ ）。
A ．固溶体类型B ．晶体结构C ．温度【答案】C2．菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随（ ）变化。
A ．距离B ．时间C ．温度【答案】B二、判断题扩散的驱动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。
【答案】×【解析】扩散的驱动力是化学势梯度，扩散也可以从低浓度向高浓度进行。
三、简答题1．试分析高分子的分子链柔顺性和分子量对黏流温度的影响。
答：由链段与能垒（势垒）差的关系可知：分子链柔顺性越好，链内旋转的势垒（△ε）越低，流动单元链段也越短。
按照高分子流动的分段移动机理，此时柔性分子链流动所需要的自由体积空间小，因而在比较低的温度下就可能发生黏性流动。
当相对分子质量越小时，分子链之间的内摩擦阻力越小，分子链的相对运动更容易些，因而黏流温度就降低。
2．已知聚乙烯的玻璃化转变温度T g ＝－68℃，聚甲醛的T g ＝－83℃，聚二甲基硅氧烷的T g ＝－128℃，试分析高分子链的柔顺性与它们的T g 的一般规律。
答聚乙烯的重复单元结构为：—CH2—CH 2—；聚甲醛的重复单位结构为：—CH 3—O—，聚二甲基硅氧烷的重复单元结构为：因Si—O 键的内旋转C—O 比键容易，而C—O 键的内旋转又比C—C 键容易，内旋转越容易，分子链柔顺性越好。
由此可知随着柔顺性的提高，温度T g 就降低。
3．50%结晶高分子的模量与随温度的变化，如图4-1所示。
（1）在图中粗略画出不同模量范围内的玻璃态、皮革态、橡胶态和黏流态的位置，并说明原因。
（2）在该图上粗略画出完全非晶态和完全晶态的模量曲线，并说明原因。
图4-1答：（1）不同模量对应高分子不同的状态，如图4-2（a）所示：在低温端，50%的非晶区，链段不能开动，表现为刚性，模量高；随着温度的提高，链段可运动，随之模量下降，高分子显示出晶区的强硬和非晶区的部分柔顺的综合效应，即又硬又韧的皮革态；当非晶区随温度进一步提高而链段可动性更大时，柔顺性更好，显示高弹性（即橡胶态）。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 固体结构)【圣才出品】
7．超结构[燕山大学 2005 研] 答：超结构，又称超点阵，是有序固溶体结构的通称。从广义超结构来说是指在一定 结构层次基础上形成的高于该结构层次的某种复合结构或变异结构，结构化学中不同体系
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的超结构有不同的具体内含。有台序固溶体的点阵常数与无序固溶体不同，在 X 射线衍射图
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）。[哈尔滨工业大学
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A． (112) B． (1 12) C． (02 1) D． (0 12) 【答案】A
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二、填空题 1．晶体的多形性是指“同一成分具有多种结构”，这类晶体的典型例子如：_______和 _______，或_______和_______。[南京大学 2003 研] 【答案】石墨；金刚石；bcc-Fe；fcc-Fe
【答案】×
3．置换固溶体和间隙固溶体都有可能形成无限固溶体。（ ）[西安工业大学 2009 研]
【答案】× 【解析】只有置换固溶体才有可能形成无限固溶体，而间隙固溶体只能形成固溶度很 小的有限固溶体。
4．密排六方结构是纯金属的基本晶体结构之一，也是布拉菲点阵中的一种。（ ） [西安工业大学 2009 研]
【答案】2；0.68；8；6
三、判断题
1．对于螺型位错，其柏氏矢量平行于位错线，因此纯螺位错只能是一条直线。（
）[北京工业大学 2007 研]
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 材料的形变和再结晶)【圣才出品】
4．形变织构的性质与变形金属的原始条件、_______、_______有关。[江苏大学 2005 研]
【答案】形变方式；形变程度
5．细化晶粒不但可以提高材料的________，同时还可以改善材料的________和 ________。[沈阳大学 2009 研]
【答案】强度；塑性；韧性
4．真实应力[重庆大学 2010 研] 答：真实应力是指拉伸（或压缩）试验时，变形力与当时实际截面积（而不是初始截 面积）之比。其数值是随变形量、温度与应变速率而变化的。
5．超塑性[燕山大学 2005 研] 答：超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异 常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。超塑性变 形时，应变速率敏感性指数 m 很大，m≈0.5，而一般金属材料仅为 0.01～0.04。
三、判断题
1．在室温下对金属进行塑性变形为冷加工。加热到室温以上对金属进行塑性变形为 热加工。（ ）[华中科技大学 2005 研]
【答案】× 【解析】将再结晶温度以上的加工为“热加工”，再结晶温度以下而又不加热的加工称 为冷加工。
2．金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（ 2007 研]
阻力。因此，在位错移动时，需要一个力克服晶格阻力，越过势垒，此力称为派纳力
3．动态再结晶[北京工业大学 2009 研] 答：动态再结晶是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。与热变形各道次之间以 及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比，动态再结晶的特点是：动态再结晶 要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生；与静态再结晶相似，动态再结晶易在 晶界及亚晶界形核；动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；动态再结晶所需的时间 随温度升高而缩短。
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4．共价健 [北京工业大学 2009 研] 答：共价健是指由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键， 具有饱和性和方向性。 五、解答题
1．试从结合键的角度讨论一般情况下金属材料比陶瓷材料表现出更高塑性或延展性的
原因。[西安理工大学 2009 研]
答：金属材料的化学键以金属键为主，陶瓷材料往往以离子键为主。相对于离子键中电
子是一一对应的，金属键中自由电子围绕原子核自由运动，因此价键没有饱和性和方向性，
当材料受力而发生相对位移时，电子移动对化学价键并没有破坏，因此金属材料较陶瓷材料
具有较好的延展性。
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2．什么是高分子合金？高分子合金的制备方法有哪些？[南京航空航天大学 2008 研] 答：（1）高分子合金又称多组元聚合物，是指含有两种或多种高分子链的复合体系， 包括接枝共聚物、嵌段共聚物，以及各种共混物等。正如由不同金属混合制得合金一样，其 目的是通过高分子间的物理、化学组合获得更多样化的高分子材料，使它们具有更高的综合 性能，因此把这种高分子复合体系形象地称为高分子合金。 （2）高分子合金的制备方法可分为以下几类：①加聚反应，包括均加聚反应和共加聚 反应；②缩聚反应，一种或多种单体互相混合链接成聚合物，同时析出某种低分子物质的反 应称为缩聚反应；③物理共混法。又称机械共混法，是将不同种类的高分子在混合设备中实 现共混的方法，共混过程一般包括混合作用和分散作用；④化学共混法，主要有共聚-共混 法和互穿网络聚合法。
结合 C．大分子间或同一大分子不同链段间仅靠二次分子力（范氏力等）结合 【答案】C
二、填空题 晶体宏观对称要素有（1）、（2）、（3）、（4）和（5）。[北京工业大学 2007 研] 【答案】（1）对称中心；（2）对称轴；（3）对称面；（4）旋转反伸轴；（5）旋转反映 轴
三、判断题 由于 Cr 最外层 s 轨道只有一个电子，所以它属于碱金属。（ ）[北京工业大学 2007 研]
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1.2 名校考研真题详解
一、选择题
1．从高分子的重复结构单元的对称性可知，最易结晶的是（ 研]
A．聚丙烯 B．聚乙烯 C．聚苯乙烯 【答案】B
）。[上海交通大学 2006
2．高分子结构单元连接时（ ）。[浙江大学 2007 研] A．链节间通常一二次分子力（范氏力）结合 B．链节间的键合有时为饱和共价键（一次键）结合，有时为二次分子力（范氏力等）
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【答案】×
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四、名词解释题 1．金属键 [北京工业大学 2008 研、重庆大学 2010 研] 答：金属键是指金属中的自由电子与金属正离子相互作用构成的键。绝大多数的金属均 以金属键方式结合，基本特点是电子共有化，既无饱和性又无方向性。
2．高分子材料与陶瓷材料 [西安交通大学 2009 研] 答：（1）高分子材料是指以有机高分子化合物为基础的材料。而高分子化合物一般是 指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在 1 万以上的化合物。 （2）陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。 它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化性等优点。
3．离子键 [吉林大学 2009 研] 答：离子键是通过两个或多个原子或化学基团失去或获得电子而成为离子后形成的。带 相反电荷的离子之间存在静电作用，当两个带相反电荷的离子靠近时，表现为相互吸引，而 电子和电子、原子核与原子核之间又存在着静电排斥作用，当静电吸引与静电排斥作用达到 平衡时，便形成离子键。因此，离子键是阳离子和阴离子之间由于静电作用所形成的化学键。
3．简述高分子链在溶液中的构象。[南京航空航天大学 2007 研] 答：单个高分子链的模型是无规统计线团。在溶液中，高分子链也卷曲成无规统计线团。 但线团所占的体积要比纯高分子线团占有的体积大得多。这是因为这些线团是被溶剂化的， 即它们被溶剂所饱和。被线团所吸收的溶剂称为内含溶剂或束缚溶剂。在高分子稀溶液中， 除了内含溶剂之外，还有自由溶剂，当然，这两种溶剂可通过扩散而达到稳定的平衡。由此 可见，在溶液中高分子以被溶剂饱和的线团形式存在。由于线团中空隙的毛细管力控制着线 团内的溶剂，使其成为一个整体而跟随线团一起运动，也就是说，线团和存在于线团内的溶 剂，可以成为一个运动单元。在高分子溶液中除了线团的移动和转动外，还有线团链段的连 续运动。其结果是线团的构象不断变化着。其最可能的构象是黄豆状的椭圆体。