材料科学基础 习题 答案.pdf

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1、《材料科学基础》习题参考答案第一章原子结构与键合★考前复习范围概念：4个量子数、3个准则、金属键、离子键、共价键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？在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？答：1).主量子数n＝1、2、3、4（K、L、M、N）决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子壳层。2).轨道角量子数li＝0～(n-1),(s,p,d,f,g)给出电子在同一量子壳层内所处的能级。（亚层）3).磁量子数mi，给出每个轨道角动量量子数的轨道数或能级数，每个li

2、下的磁量子总数为2li+1。(能级)4).自旋角量子数si=±1/2,反映电子不同的自旋方向。（电子数）Pauli不相容原理：在同一个原子中没有四个量子数完全相同的电子。能量最低原理：电子在原子中所处的状态，总是尽可能分布到能量最低的轨道上。Hund规则：电子分布到能量相同的等价轨道上时，总是尽先以自旋相同的方向，单独占据能量相同的轨道。2．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？答：同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左到

3、右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但从上到下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低。3．何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？答：在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。4．铬的原子序数为24

4、，它共有四种同位素：4.31%的Cr原子含有26个中子，83.76%含28个中子，9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。解：（24+26）×4.31%+（24+28）×83.76%+（24+29）×9.55%+（24+30）×2.38%=52.0663655．铜的原子序数为29，相对原子质量为63.54，它共有两种同位素Cu和Cu，试求两种铜的同位素之含量百分比。解：设含有24个中子的同位素百分比为?，则另一种百分比为1−?63?+65(1−?)=65.546365

5、得?=73%，1−?=27%，即Cu的百分比为73%，Cu百分比为27%。6．锡的原子序数为50，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锡的价电子数。2262610261022解：1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p;锡的价电子数为47．铂的原子序数为78，它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没有电子，问在Pt的6s亚层中有几个电子？解：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d96s1;2+8+18+32+17=77;78

6、-77=1。8．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。226261022解：1s2s2p3s3p3d4s4p;第四周期；ⅣA族；亚金属Ge。《材料科学基础》习题参考答案9．原子间的结合键共有几种？各自特点如何？类型键合强弱形成晶体的特点离子键最强无饱和性和方向性；高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态、离子导电共价键强有饱和性和方向性；低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不导电金属

7、键较强无饱和性和方向性；配位数高、结构密堆、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性氢键弱有饱和性和方向性；高分子化合物形成氢键数目巨大，对其熔点及力学等性能影响大；对小分子熔点、沸点、溶解性、黏度也有一定影响。范德华键最弱无饱和性和方向性；结构密堆、高熔点、绝缘10．图中绘出三类材料—金属晶体、离子晶体和共价键晶体之能量与原子距离关系曲线，试估计它们各代表何种材料。解：a:高分子材料；b:金属材料；c:离子晶体第二章固体结构★考前复习范围概念：空间点阵、晶格、晶胞技能：fcc、bcc、hcp、晶面指数、晶

8、向指数标定、晶面间距，致密度、配位数、面密度1．已知纯钛有两种同素异构体，低温稳定的密排六方结构和高温稳定的体心立方结构，其同素异构转变温度为882.5℃，计算纯钛在室温（20℃）和900℃时晶体中（112）和（001）的晶面间距（已知aa20℃=0.2951nm,ca20℃=0.4679nm,aβ900℃=0.3307nm）。解：20℃时为α-Ti：hcp结构当h+2k=3n(n=0,1,2,3…)，l=奇数时，有附加面。900℃时为β-