材料化学期末考试考卷

2013年材料化学期末考试试卷及答案1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料四大类。

2、材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。

3、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究。

4、元素的原子之间通过化学键相结合，不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同。

其中离子键、共价键和金属键较强；范德华键为较弱的物理键；氢键归于次价键。

5、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。

6、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。

7、硅酸盐的基本结构单元为 [SiO4] 四面体，其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等。

8、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。

其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。

9、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等；而力学性能表征为强度、韧性和硬度等。

10、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。

主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。

11、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法；其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法。

12、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法；化学沉积法按反应的能源可分为热能化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积与光化学沉积。

13、金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。

14、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等。

15、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成。

16、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃；氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃；非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。

17、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体；按价电子数可分为 n-型和 p-型。

18、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成。

合成聚合物的化合物称为单体，一种这样化合物聚合形成的成为均聚物，两种以上称共聚物。

19、聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。

20、具有导电性的聚合物主要有：共轭体系的聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物和高分子电解质。

21、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。

22、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应。

二、名词解释（共 10小题，每题 1分，共计10分）23、置换型固溶体：由溶质原子替代一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组成的固溶体。

24、填隙型固溶体：溶质质点进入晶体中的间隙位置所形成的固溶体。

25、介电性：在电场作用下，材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质。

26、居里温度：高于此温度铁电性消失。

27、相图：用几何的方式来描述处于平衡状态下物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图。

28、合金：由两种或以上的金属非金属经过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。

29、阳离子聚合反应：以碳阳离子为反应活性中心进行的离子型聚合反应。

30、阴离子聚合反应：以阴离子为反应活性中心进行的离子型聚合反应。

31、复合材料：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

32、纳米材料：微观结构至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料，或由它们作为基本单元构成的材料三、判断题（共10 小题，每题1 分，共计10分）33、材料化学的特点是跨学科性和多样性。

（×）34、在周期表中同周期从左到右电正性逐渐减小，同族由下到上逐渐减小。

（√）35、在周期表中同周期从左到右原子半径逐渐减小，同族由下到上逐渐增大。

（×）36、氢键的作用力强弱介于化学键与范德华力之间。

（√）37、范德华键不具有方向性和饱和性，而离子键即有方向性又有饱和性。

（×）38、一般晶体都有规则的几何外形和固定的熔点。

（√）39、对于具有缺陷的晶体是不完美的，一般在制备材料上要避免。

（×）40、以二氧化硅为主体的材料在酸性条件下是稳定存在的。

（√）41、热性能与材料中原子的震动相关，一般表现为热传导、热膨胀和热辐射。

（×）42、衡量材料介电性能的指标为介电损耗，其值越小绝缘性能越好。

（×）43、含有П共轭基团的材料一般为无色透明材料。

（×）44、金属由于对所有光波吸收后又释放，所以呈现金属光泽。

（√）45、埃灵罕姆图中位于ΔG-T上方的氧化物可以使下方的元素氧化。

（√）46、固态反应中颗粒尺寸越小、比表面积越大、反应速度越快。

（√）47、在热力学上，非晶态是一种稳定的状态。

（×）48、在铁碳合金中马氏体塑性最好而奥氏体硬度最高。

（×）49、淬火处理可以减低合金的脆性提高韧性和切削性能。

（×）50、水泥的标号越高硬化后的强度也越高。

（√）51、目前产量最高用途最广泛的玻璃是有机玻璃。

（×）52、玻璃钢和钢化玻璃是同一种物质。

（×）53、陶瓷材料与玻璃材料的区别是：玻璃透明而陶瓷不透明。

（×）54、塑料材料的玻璃化转变温度一般要比橡胶材料要高。

（√）55、PVC一般有悬浮聚合与乳液聚合两种产品，其中悬浮聚合分子量分布窄（×）56、应用最广泛的复合材料是聚合物基复合材料。

（√）57、金属的纳米颗粒对可见光具有较好的反光性，所有都有金属光泽。

（×）58、纳米颗粒一般需要采用一定保护措施来防止团聚。

（√）四、简答题（共2小题，每题 3 分，共计 6分）59、晶体与非晶体的区别有哪些？答：晶体：原子或原子团、离子或分子在空按一定规律呈周期性地排列构成长程有序非晶体：原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成长程无序短程有序。

非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。

60、形成腐蚀电池必备的条件是什么？答：第一、要有电位差存在；第二、两极处于电解质溶液中；第三、不同电位的两部分金属之间要有导线连接或接触。

61、简述热力学第一、二、三定律？答：热力学第一定律就是能量守恒定律，在一个封闭系统里，所有种类的能量，形式可以转化，但既不能凭空产生，也不会凭空消失。

热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律，它有不同的表述方法：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化。

热力学第三定律指出绝对零度是不可能达到的。

62、化学气相沉积法的优缺点有那些？答：优点：（1）不存在沉积视线阴影，可以对复杂的三维工件进行沉积镀膜。

（2）具有高的沉积速度，并可获得厚的涂层（有时厚度可达厘米级）；（3）大于99.9%之高密度镀层，有良好的真空密封性；（4）沉积的涂层对底材具有良好的附着性；（5）可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层；（6）可控制晶粒大小与微结构（7）CVD设备通常比PVD简单、经济。

缺点：（1）反应需要挥发性化合物，不适用于一般可电镀的金属，因其缺少适合的反应物，如：锡、锌、金；（2）需可形成稳定固体化合物的化学反应，如：硼化物、氮化物及硅化物等；（3）因有剧毒物质的释放，腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制，需要封闭系统；（4）某些反应物价格昂贵；（5）反应物的使用率低，反应常受到沉积反应平衡常数的限制。

63、溶胶-凝胶法的优缺点有哪些？答：优点：（1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。

（2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂；（3）与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度，一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低。

（4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。

缺点：（1）原料价格比较昂贵；（2）通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或儿几周。

（3）凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。

64、简述陶与瓷的区别？答：陶器的吸水性一般大于3％而瓷器一般不大于3％；陶器不透光而瓷器透光；陶器胎体未玻化或玻化程度差、断面粗糙而瓷器玻化程度高、结构致密、细腻，断面呈石状或贝壳状；陶器敲击声沉浊而瓷器清脆。

65、聚合物分子量有何特点，其四种平均分子量有何关系？答：聚合物的分子量有两个特点，一是分子量大；二是分子量的多分散性；数均分子量小于重均分子量小于粘均分子量小于Z均分子量。

66、简述自蔓延高温合成法的原理？答：它是许多金属和非金属难熔化合物在燃烧合成时依靠自身放热，来合成材料的技术。

某些物质在合成时自身可以放热并利用此热量可以使合成反应继续下去的现象。

67、复合材料按基体材料可分几类？按增强纤维种类又可分为几类？答：聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。

玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料；金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料；陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维等）复合材料。

68、为什么要对纳米颗粒材料表面进行改性？有哪些改性方法？答：纳米体易于团聚的原因：表面效应、布朗运动、范德华力和氢键；因此克服团聚的途径：对纳米粒子进行表面改性。

改性方法有：物理改性；化学改性。

五、论述题。

（共2小题，共计 8分）69、分别简述材料与化学的研究范畴及材料化学的主要研究内容？答：材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。

这种物质具有一定的性能（Performance）或功能(function)。

一般可以重复使用。

可用的物质即材料。

化学：关于物质的组成、结构和性质以及物质相互转换的研究。

材料注重宏观方面，化学注重原子分子水平的相互作用。

主要研究内容包括：（1）结构材料的结构是指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与电子结构、分子结构、晶体结构，相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次。

所有这些层次都影响产品的最终行为。

（2）性能性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述。

（3）制备材料的合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程。