《材料科学基础》课后习题及答案.docx

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1、材料科学基础课后习题及答案第一章原子结构与结合键1原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？2 .在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些个原则？3 .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？性质如何递变？4 .何谓同位素？为什么原子量不总为整数？5 .铭的原子序数为24,共有四种同位数：4.31%的Cr原子含有26个中子，83.76%含有28个中子，9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。试求铭的原子量？6 .铜的原子序数为29,原子量为63.54,它共有两种同位素Cu63和Cu65,试求两种铜的同位素之

2、含量百分比。7 .钢的原子序数为49,除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。试从原子结构角度来确定钢的价电子数。8 .铝的原子序数为78,它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没有电子，请问在Pt的6s亚层中有几个电子？9 .已知某元素原子序数为32,根据原子的电子结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断其金属性强弱。10 .原子间的结合键共有几种？各自特点如何？11 .已知Si的原子量为28.09,若IOog的Si中有5x1010个电子能自由运动，试计算：(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少？(b)必须破坏的共价键之比例为多少？12 .S的化学行为有时象6价的元素，而

3、有时却象4价元素。试解释S这种行为的原因。13 .高分子链结构分为近程结构和远程结构。他们各自包括内容是什么？14 .按分子材料受热的表现分类可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结构角度加以解释之。15 .分别绘出甲烷(CH4)和乙烯th)之原子排列与键合。16 .下图绘出三类材料金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。参考答案1主量子数n、轨道角动量量子数、磁量子数加和自旋角动量量子数Si。2 .能量最低原理、PaUIi不相容原理，HUnd规则。5.Ar=52.0576 .Ar=27%(CU65)7 .锡的价电子数为4。I1a:高分子材料；b:金属材料；

4、c:离子晶体12.原子数=2.144x10”个，价电子数=8.576x1024个a)5830x10*b)1166x10*20 .数均相对分子质量a=21150；重均相对分子质量=23200；21 .酚醛单体相对分子质量=112,10Cm3圆柱试样的质量M=14(g)22 .CH3COCH3(丙酮)。第二章材料结构1 .由标准的(Oo1)极射赤面投影图指出在立方晶体中属于110晶带轴的晶带，除了已在图2-1中标出晶面外，在下列晶面中哪些属于110晶带？(1T2),(OT2),(T13),(132),(221)2 .试证明四方晶系中只有简单立方和体心立方两种点阵类型。34 .为什么密排六方结构不能

5、称作为一种空间点阵?5 .标出面心立方晶胞中(I11)面上各点的坐标。6 .标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系(421),(123),(130),2Ti,311；b)六方晶系7 .在体心立方晶系中画出111晶面族的所有晶面。8 .在立方晶系中画出以001为晶带轴的所有晶面。9 .已知纯钛有两种同素异构体，密排六方结构的低温稳定的-Ti和体心立方结构的高温稳定的-Ti,其同素异构转变温度为882.5C,使计算纯钛在室温(20)和900C时晶体中(112)和(OO1)的晶面间距(已知aa20oC=0.29506nm,ca20oC=0.46788nm,aa900oC=0.33065nm)

6、o10 .试计算面心立方晶体的(IO0),(110),(111),等晶面的面间距和面致密度，并指出面间距最大的面。11 .平面A在极射赤平面投影图中为通过NS及核电(TN,20。E的大圆，平面B的极点在3(N,50。W处，a)求极射投影图上两极点A、B间的夹角；b)求出A绕B顺时针转过40。的位置。I1a)说明在fee的(OOI)标准极射赤面投影图的外圆上，赤道线上和0。经线上的极点的指数各有何特点，b)在上述极图上标出(TK),(011),(112)极点。12 .图22为a-Fe的X射线衍射谱，所用X光波长=0.1542nm,试计算每个峰线所对应晶面间距，并确定其晶格常数。13 .采用Cuk

7、a(=0.15418nm)测得Cr的X射线衍射谱为首的三条29=44.4。，64.6。和81.8,若(bcc)Cr的晶格常数a=0.28845nm,试求对应这些谱线的密勒指数。14 .归纳总结三种典型的晶体结构的晶体学特征。15 .试证明理想密排六方结构的轴比ca=1.633016 .Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r=0.1243nm,试求Ni的晶格常数和密度。17 .Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.31468nm,试求MO的原子半径18 .Gr的晶格常数a=0.28844nm,密度为p=7.19gcn?,试确定此时Cr的晶体结构。19.In具有四方结构其原子量M=

8、I14.82,原子半径r=0.1625nm,晶格常数a=0.32517nm,c=0.49459nm,密度p=7.286gcn,试问In的单位晶胞内有多少个原子？In致密度为多少？20 .Mn的同素异构体有一为立方结构，其晶格常数为0.632IIm,P为7.26gCm3,1为0.112nm,问Mn晶胞中有几个原子，其致密度是多少？21 .a）按晶体的钢球模型，若球的直径不变，当Fe从fee转变为bcc时，计算其体积膨胀多少？b）经X射线衍射测定在912C时，-Fe的a=0.2892nm,-Fe的a=0.3633nm,计算从-Fe转变为Ct-Fe时，其体积膨胀为多少？与a）相比，说明其差别原因。2

9、2 .a）算出fee和bcc晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小，用原子半径R表示，并注明间隙中心坐标；b）写出溶解在Y-Fe中C原子所处位置，若此类位置全部被C原子占据，那么问在此情况下，-Fe能溶解多少重量百分比的C?而实际上碳在铁中的最大溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是什么？23 .a）根据下表所给之值，确定哪一种金属可作为溶质与钛形成溶解度较大的固溶体：Tihepa=0.295nm;Behepa=0.228nm;A1feea=0.404nm?Vbcca=0.304nm;Crbcca=0.288nmb）计算固溶体中此溶质含量为10%（原子百分比）时，相应重量百分数为多少？24 .C

10、u-Zn和Cu-Sn组成固溶体最多可溶入多少百分比的Zn或Sn?若Cu晶体中固溶入10a1.%的Zn,最多还能溶入多少at.%的Sn?25 .含12.3wt%Mo,1.34wt%C的奥氏体钢，点阵常数为0.3624nm,密度为7.83gc?,C,Fe,Mn的原子量分别为12,55.84,54.92,试判断此固溶体的类型。26 .MgO具有NaC1型结构。Mg?+的离子半径为0.078nm,O?的离子半径为0.132nm0试求MgO的密度（p）、致密度（k）。27 .饱与氯的离子半径分别为0.167nm,0.181nm,试问a）在氯化钠内离子在100或v111方向是否相接触？b）每个单位晶胞内有

11、几个离子？C）各离子的配位数是多少？d）p和k?28 .K+和Cr的离子半径分别为O.133nm,0.181nm,KC1具有CSCI型结构,试求其P和k?29 .AF+和O?.的离子半径分别为o.o51nm,0.132nm,试求AI2O3的配位数。30 .渗碳体(Fe3C)是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数a=0.4514nm,b=0.508nm,c=0.6734nm,其密度p=7.66g/Cm3,试求每单位晶胞中Fe原子与C原子的数目？31 .试计算金刚石结构的致密度。32 .聚丙烯是由丙烯聚合而成，其化学式是C3H6,结晶态聚丙烯属单斜晶系，其晶格常数a=0.665nm,b=

12、0.6734nm,c=0.65nm,=90o(3=99.3,其密度p=0.91Cm3。试求结晶态聚丙烯的单位晶胞中C和H原子的数目。33 .已知线性聚四氟乙烯的平均相对分子质量为5105gmo1,试计算其总链长1和平均一个高分子链尾至链尾的距离Fo参考答案=O135(ww)8(oo=01653(ww)h=-My2k=W也2FI巧13. a)=arccos(cos)5)=arccos(cos0)e=vavu217. %=也18. 1=03516(第用).p=8967(gcw3)19. *=01363(wm)20. bcc结构。22. K=0.466第三章晶体结构缺陷1 .设CU中空位周围原子的振

13、动频率为1013s1Em为0.15x10/8j,exp(Smk)约为1,试计算在700K和室温(27C)时空位的迁移频率。2 .Nb的晶体结构为bcc,其晶格常数为0.3294nm,密度为8.57gcA试求每106Nb中所含空位数目。3 .Pt的晶体结构为fee,其晶格常数为0.3923nm,密度为2I.45gc?,试计算其空位粒子数分数。4 .若fee的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm,试求Cu的密度。5 .由于H原子可填入aFe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求a-Fe理论的和实际的密度与致密度（已知a-Fea=0.286nm,rFe=0.12

14、41nm,H=0.036nm）。6 .MgO的密度为3.58gcn?淇晶格常数为0.42nm,试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目。7 .若在MgF2中溶入1iF,则必须向MgF2中引入何种形式的空位（阴离子或阳离子）？相反，若欲使1iF中溶入MgF2,则需向1iF中引入何种形式的空位（阴离子或阳离子）？8 .若Fe2O3固溶于NiO中，其质量分数w（Fe2O3）为10%。此时，部分3Ni?+被（2Fe?+）取代以维持电荷平衡。已知力=0140,3=0069叫3=OOM叫求加3中有多少个阳离子空位数？9 .某晶体的扩散实验中发现，在5（XrC时，1010个原子中有一个原子具

15、有足够的激活能可以跳出其平衡位置而进入间隙位置；在60OC时，此比例会增加到109。a）求此跳跃所需要的激活能？b）在700C时，具有足够能量的原子所占的比例为多少？10 .某晶体中形成一个空位所需要的激活能为0.32x108j0在800C时，1x104个原子中有一个空位，在何种温度时，103个原子中含有一个空位？11 .已知A1为fee晶体结构，其点阵常数a=0.405nm,在550式的空位浓度为2W6,计算这些空位平均分布在晶体中的平均间距。12 .在Fe中形成Imo1空位的能量为104.675kJ,试计算从20C升温至850C时空位数目增加多少倍？13 .由600C降至300C时，Ge晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级，试计算Ge晶体中的空位形成能。14 .W在20C时每KF个晶胞中有一个空位，从20。C升至1020C,点阵常数膨胀了4104%,而密度下降了0.012%,求W的空位形成能和形成埔。15 .A1的空位形成能（EV）和间隙原子形成能（Ei）分别为0.76eV和3.0eV,求在室温（20）及500C时A1空位平衡浓度与间隙原子平衡浓度的比值。16 .若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错