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？
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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