材料化学第三章习题与答案

时间:2021-06-28 14:25:08 试题 我要投稿

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?

材料化学第三章习题与答案

  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0.1~3eV之间.

  绝缘体: 禁带宽度较大, >5 eV;

  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200 N的拉力

  作用下,此线的总长度。

  解:设此时线的总长度为l,

  2 2-6-62据已知条件: l = 5 m, F = 200 N,A0 = πR=3.14×3×10/4 = 7.1 ×10 m E = 70GPa;

  又据应力公式F/A0,应变公式 (ll0)/l0 和虎克定律:E,有:

  1GPa =109Pa =1×109N/m2

  l2005

  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(Δr)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:①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。 ② 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

  2.C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ΔS增加,导致埃灵罕姆图中CO生成线的斜率-ΔS<0,即是一条从左向右向下倾斜的直线,这表明, 随温度升高,ΔGΘ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:ΔG=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.

  ΔGΘ=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100 kPa.

  (b) ΔGΘ>0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ΔS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ΔS>0,CO生成线的斜率:-ΔS<0,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

  6 f=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, 压力对其影响较小, 因此压力常可忽略不计, 因此 f=c-p+2 中的2可改为1.

  7

  8

  (a) 固溶体α(B原子溶入A基体中形成的固溶体), 含B 80%

  (b) 合金成分: 含B 20%的合金;

  (b) 最后凝固的液体成分: 含B 30%;

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