复旦大学材料科学导论课后习题答案(搭配：石德珂《材料科学基础》教材)

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1、材料科学导论课后习题答案第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造榔头？答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类：黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合材料：混泥土、玻璃钢3.下列用品选材时，哪些性能特别重要？答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度；电灯泡灯丝：熔点高，耐高温，电阻大；剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性；汽车挡风玻璃：透光性，硬度；电视

2、机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。第二章材料结构的基础知识1.下列电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属？(1)1s22s22p63s23p63d74s2(2)1s22s22p63s23p6(3)1s22s22p5(4)1s22s22p63s2(5)1s22s22p63s23p63d24s2(6)1s22s22p63s23p64s1答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱族：(6)；碱土族：(4)；过渡金属：(1),(5)2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内？答：稀土族元素的电子在填满6s态后，先

3、依次填入远离外壳层的4f、5d层，在此过程中，由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化，这些元素具有几乎相同的化学性质，故处于周期表的同一空格内。3.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键？答：氢键本质上与范德华键一样，是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子（或原子团）之间的结合所形成的物理键。当氢原子与一个电负性很强的原子（或原子团）X结合成分子时，氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢变成一个裸露的质子，对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力，与Y之间形成氢键。4.为什么金属键结合的固体材料的密度比

4、离子键或共价键固体高？答：一是金属原子质量大；二是金属键的结合方式没有方向性，原子趋于紧密排列，得到简单的原子排列形态。离子键和共价键结合的原子，相邻原子的个数受到共价键数目的限制，离子键结合还要满足正、负离子间电荷的平衡，原子不可能紧密堆积，而且存在孔洞缺陷，故金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高。1.应用公式计算Mg2+O2-离子对的结合键能，以及每摩尔MgO晶体的结合键能。假设离子半径为rMg2+=0.065nm；rO2-=0.140nm；n=7。答：F吸引=-z1z2e24πε0a2=e2πε0(rMg2++rO2-)2F排斥=-nban+1=

5、-7b(rMg2++rO2-)8在平衡时，F吸引=F排斥故e2πε0(rMg2++rO2-)2=7b(rMg2++rO2-)8，解得b=9.763×10-87N∙m10晶体的结合键能：E合=-e2πε0a+ba7=-3.85×10-18J转换为每摩尔MgO晶体的结合键能：E0=E合×NA=-2318.5kJ∙mol-12.原子序数为12的Mg有三种同位素：78.70%的Mg原子由12个中子，10.13%的Mg原子由13个中子，11.17%的Mg原子由14个中子，试计算Mg的原子量。答：78.70%×24+10.13%×25+11.17%×26=24.323.试计算

6、原子N壳层内的最大电子数。若K,L,M和N壳层中所有能级都被填满，试确定该原子的原子数。答：N壳层内最大电子数：2×42=321s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s2该原子的原子数是704.试写出Al原子13个电子的每个电子的全部量子数。答：nlmms100±12200±12210±12211±1221-1±12300±12310125.材料的三级和四级结构可以通过加工工艺来改变，那么材料的二级结构可以改变吗？为什么？答：原子的结合键是材料的二级结构。对于单一的材料来说，其价键结构是不可以通过加工工艺来改变的。但是实际工

7、程应用中，通过一定的加工工艺来改变材料的二级结构，比如金刚石具有共价键，石墨具有共价键和物理键，而石墨等碳质原料和某些金属在高温高压下可以反应生成金刚石，即一定程度上改变了材料的二级结构。第一章固体材料的晶体学基础1.回答下列问题：（1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与112，110与[111]，132与[123]，322与[236]。（2）在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和(112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。（3）在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101)，(011)，(112)晶面上的111

8、晶向。答：