(完整word)《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案

第二章

2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示).

2-2。的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。

2-3.试计算N壳层内的最大电子数。若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？

2-4.计算O壳层内的最大电子数。并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。

2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类,简单说明理由.

2-6。按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：

(1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合

（3)乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合

(5）苯环的分子键合（6)羰基中C、O间的原子键合

2—7。影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？

2—8。试解释表2—3-1中，原子键型与物性的关系？

2-9。0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3,如何解释这一现象？

2—10.当CN=6时,K+离子的半径为0。133nm(a）当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？

2—11.（a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少?(d）假设金原子是球形(rAu=0.1441nm），并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积?(e）这些金原子体积占总体积的多少百分比？

2—12。一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？

2—13。硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子?

2-14.计算(a）面心立方金属的原子致密度；(b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径rNa+=0.097,rCl—=0。181);(C)由计算结果，可以引出什么结论?

2—15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数 a=0。287nm,请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。

2-16。钛的单位晶胞含有两个原子，请问此单位晶胞的体积是多少？

2—17。计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度。

2—18.在体心立方结构晶胞的(100）面上按比例画出该面上的原子以及八面体和四面体间隙。

2—19。键合类型是怎样影响局部原子堆垛的？

2-20。厚度0.08mm、面积670mm2的薄铝片（a）其单位晶胞为立方体,a=0.4049nm,则此薄片共含多少个单位晶胞？(b)铝的密度2.7Mg/m3，则每个单位晶胞的质量是多少？

2-21。（a)在每mm3的固体钡中含有多少个原子？(b）其原子堆积因子是多少？(c)钡属于哪一种立方体结构？（原子序=56，原子质量=137。3aum,原子半径=0。22nm，离子半径=0。143 nm，密度=3.5Mg/m3）

2-22.由X射线衍射数据显示，MgO立方体的单位晶胞尺寸是0。412nm，其密度3。83Mg/m3,请问在每单位晶胞中有多少Mg2+离子和O2-离子?

2-23。钻石结构的晶格常数a为0。357nm，当它转变成石墨时，体积变化的百分比是多少？（石墨密度2。25Mg/m3）

2-24。方向为［111]的直线通过1/2,0,1/2点，则在此直线上的另外两点的坐标是什么?

2—25.(a)在立方体系中，［100］方向和［211]方向的夹角是多少？（b）[011]方向和[111]方向的夹角是多少？

2-26。一平面与晶体两轴的截距为a=0。5,b=0.75,并且与Z轴平行，则此平面的米勒指标是什么？

2-27。一平面与三轴的截距为a=1,b=—2/3,c=2/3，则此平面的米勒指标是什么？

2—28.(a)方向族<111>的那些)方向是在铁的（101）平面上？（b）方向族<110>的那些）方向是在铁的(110）平面上?

2—29.氯化钠晶体被用来测量某些X光的波长，对氯离子的d111间距而言，其绕射角2 为 27°30´(a)X光的波长是多少？（NaCl晶格常数为0.563nm）(b)若X光的波长为0.058nm，则其衍射角2 是多少?

2—30.某X光波长0。058nm ,用来计算铝的d200，其衍射角2 为16.47°，求晶格常数为多少?

2-31。请算出能进入fcc银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。

2—32.碳原子能溶入fcc 铁的最大填隙位置：(a）每个单元晶胞中有多少个这样的位置？(b）在此位置四周有多少铁原子围绕？

2—33。一个熔体含30m/o MgO和70m/o LiF：（a)Li+,Mg2+，F—和O2—的w/o是多少?（b)密度是多少？

2-34。请找出能进入bcc铁填隙位置的最大原子的半径(暗示：最大空洞位在1/2,1/4，0位置)。

2-35.碳和氮在γ—Fe中的最大固溶度分别为8.9％和10。3%，已知碳、氮原子均占据八面体间隙，试分别计算八面体间隙被碳原子和氮原子占据的百分数.

2—36。fcc间隙位置的配位数是什么？如果每一个间隙位置都被小原子或离子占满，则会产生什么样的结构?

2-37。如果Fe3+/Fe2+比为0。14,则FeO的密度是多少？（FeO为NaCl结构；（r0+rFe）平均为0.215nm)

2-38.如果在固溶体中每个Zr离子中加入一个Ca2+离子，就可能形成ZrO2的立方体，因此阳离子形成fcc结构，而O2-离子位于四重对称位置，（a）每100个阳离子有多少个O2-离子存在？（b）有多少百分比的四重对称位置被占据？

2—39。在温度为912℃时，铁从bcc转变到fcc .此温度时铁的两种结构的原子半径分别是0.126nm和0。129nm，（1）求其结构变化时的体积变化V/O。(2)从室温加热铁到1000℃，铁的体积将如何变化？

2-40。固体材料存在哪些结构转变类型？受哪些因素的影响?举例说明。

2-41.某熔化的Pb—Sn焊锡具共晶温度,假设此焊锡50g加热到200℃,则有多少克的锡能熔进此焊锡中?（参见图2—7—13）

2-42.某65Cu-35Zn黄铜（参见图2—6-1)由300℃加热到1000℃，则每隔100℃有哪些相会出现？

2—43.为什么金属、金属氧化物、无机化合物（氮化物等）具有高的表面能,而有机物（包括高聚物）表面能很低？

2—44.为什么表面能和表面张力具有相同的量纲？影响材料表面能高低的实质是什么？

第三章

3—1与金属材料和无机非金属材料比较,高分子材料的组成和结构有什么特征？

3—2为什么会出现高分子链聚集态结构？高分子链聚集态结构包含哪些内容？

3—3为什么高分子链具有一定柔性？

3—4什么是聚合物共混复合材料?其基本特征是什么？

3-5是否可以通过内旋转将无规立构聚丙烯转变为全同立构聚丙烯？为什么?在全同立构聚丙烯晶体中，分子链是否呈无规线团构象？

3-6。下列高聚物中哪些是结晶性的，哪些是非晶性的？（1）聚乙烯；（2）全顺式1。3聚异戊二烯;（3）尼龙6；(4）聚碳酸酯；（5）乙烯和丙烯的无规共聚物；（6）全同立构聚甲基丙烯酸甲酯；(7）间同立构聚氯乙烯；（8)无规立构聚丙烯；(9）固化酚醛塑料；（10)聚对苯二甲酸丁二醇酯;(11）ABS；(12)聚乙烯醇。

3—7.总结一下,与低分子物质相比，高聚物的分子结构和分子聚集态结构有哪些重要特点？

3—8.下列键的旋转位能均小于H2C-CH2 ，请解释

H2C-O O=C-CH2 H2C-NH N2C—S Si-O H2C—CH=

3-9。简要说明聚合物晶体与金属晶体、离子晶体和无机共价晶体的主要差别.

3-10影响多组分体系相分离有那些因素？

3—11。聚合物共聚物形态结构有那些基本类型？其结构是怎样的？各举一个例子。

3-12。高聚物有几种主要结晶形式？其中的高分子链的构象是怎样的？

3—13。从结构分析，为什么PTFE具有极低的表面张力,并说明其粘结性能.

3-14。为什么高分子链具有柔性？试比较下列各组内高分子链柔性的大小并简要说明理由：（1）聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯;（2）聚乙烯、聚乙炔、聚甲醛;（3）聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯；（4）聚甲醛、聚苯醚;（5）尼龙66、聚对苯二甲酰对苯二胺。

3-15聚合物基复合材料的界面粘结剂的主要影响因素有哪些？如何提高复合材料的界面粘结性？

3—16.增混剂和偶联剂的作用是什么?有何异同点?

3—17无机玻璃和网络聚合物有何异同之处？从结构及物理状态的变化说明。