材料化学课后题答案第4章

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1、第四章材料化学热力学1.Cs熔体的标准吉布斯自由能（单位为J）与温度T（单位为K）的关系为oΔGm,Cs=2100-6.95T,求Cs的熔点。解：根据热力学定律，当ΔG<0时，反应可以自发进行，因此ΔG＝0时对应的平衡反应（即oCs由固相转变为液相的反应）的温度即为Cs的熔点。由ΔGm,Cs=2100-6.95T＝0，可得T＝302K，所以Cs的熔点为302K。2.通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。oo3.答：根据埃灵罕姆图，ΔG-T曲线越在下方，氧化物的ΔG负值越大，其稳定性就越高。o所以在给定的温度下，位于下方的ΔG-T曲线所对应

2、的元素可使位于上方曲线的金属氧化o物还原。由埃灵罕姆图还可知，CO生成线的斜率为负，随着温度升高，ΔG越负，CO稳o定性越高。而金属氧化物的生成线的斜率都为正，随着温度升高，ΔG越正，氧化物稳定性越低。所以，碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。oo4.3.（a）对任何反应，请说明ΔG和ΔG为0的意义；（b）对于“如果反应的ΔG是正值，则反应不会如反应式所写的那样向右进行”的说法，谈谈你的观点5.答：（a）对于任何反应，ΔG（吉布斯自由能变化）是描述一个化学反应的驱动力，即可据此判断反应发生的可能性。根据热力学第二定律可知，“在任何自发变化过程中，自由o能总是

3、减少的”。所以，ΔG为0说明反应过程处于平衡状态。而ΔG为标准吉布斯自由能变，即物质处于标准状态时（（指定温度（273.15K）和压力（101.325KPa））的生成自由能。oo（b）已知ΔG=－RTLnK，若ΔG为正值，则LnK必需为负值，则K<1，表明反应进行的程度很小。4.在埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但是反应C(s)+O(g)=CO(g)22的斜率为0，反应2C(s)+O(g)=2CO(g)2的斜率为负，请解释原因。答：对于C氧化生成CO2的反应，反应前后气体的分子数不变，因此熵变ΔS为0，因为－ΔS代表氧化物生成线的斜率，所以此时，－ΔS为0，

4、斜率为0。对于C氧化生成CO的反应，反应以后气体分子数增加，即ΔS>0，－ΔS为负，所以CO生成线的斜率也为负。5.在埃灵罕姆图中，哪些元素可以从二氧化硅中还原出硅？o6.答：根据埃灵罕姆图，位于下方的ΔG-T曲线所对应的元素可使位于上方曲线的金属氧化物还原。TiO2、Al2O3、Li2O、CaO、MgO的生成线均位于SiO2生成线的下方，所以Ti、Al、Li、Ca、Mg这几种元素可以从二氧化硅中还原出硅7.吉布斯相律通常为f=c-p+2，为什么在固体材料的研究中，相律一般可表达成f=c-p+1？答：在固体材料的研究中，压力对固相反应的影响很小，通常可以忽略，

5、所以非成分的变量只有温度这一项，所以相律一般可表达成f=c-p+1。8.一合金之成分为90Pb－10Sn。（a）请问此合金在100℃、200℃、300℃时含有哪几种相？（b）在哪个温度范围内将只有一相存在？（参看图4－9）答：（a）成分为90Pb-10Sn的合金对应的为红色的垂直线，分别在100℃、200℃、300℃作水平线得到交点a，b，c，所以100℃时，交点a位于α＋β相区，所以有α和β两相。200℃时，交点b位于α单相区，所有只有α一相。300℃时，交点c位于液相线上，此为两相共存线，所以有液相L和α两相。（b）过成分为90Pb-10Sn的线作垂直线，

6、可得到交点d和e，然后作水平线得到相应的温度。所以在温度大于300℃时，只有液相L存在。在温度为148～268℃时，只有α相存在。9.固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定a)成分为40％B的合金首先凝固出来的固体成分是什么？b)若首先凝固出来的固体成分含60％B，合金的成分是什么？c)成分为70％B的合金最后凝固的液体成分是什么？d)合金成为为50％B，凝固到某温度时液相含有40％B，固体含有80％B，此时液体和固体各占多少分数？答：（a）成分为40％B的合金对应的位置为过a点的垂直线，当其冷却至a点时，开始凝固，凝固出来的固体为固溶体α，其成分为过a点

7、作水平线与固相线的交点（a’），所对应的成分为80％B，20％A（b）若首先凝固出来的固体成分为60％B，即与固相线的交点为b点，过b点作水平线得到与液相线的交点b’，b’点所对应的成分即为合金的成分，过b’点作垂直线可得合金的成分为16％B，84％A（c）成分为70％B的合金最后凝固的固体成分为与固相线的交点（c），液体成分为与液相线的交点（c’），所以，液体成分为27％B，73％A（d）合金成分为50％B，凝固到某温度时液相含40％B，即与液相线的交点为a，固相含80％，即与固相线的交点为a’，过50％B作垂直线可得水平线aoa’，此时液体和固体的质量比为

8、wL/ws=oa’/ao=30/10=