材料化学复习课.pptx

3.什么是材料化学？其主要特点是什么？什么是材料化学？其主要特点是什么？定定义义：材材料料化化学学是是研研究究材材料料的的制制备备、组组成成、结结构构、性性质质及及其其应应用用的的一一门门科科学学。既既是是材材料料科科学学的的一一个个重重要要分分支支，也也是是材材料料科科学学的的核核心心内内容容。同同时时又又是是化化学学学学科科的的一一个个组组成成部分。部分。特特点点：材材料料化化学学是是一一个个十十分分活活跃跃的的新新兴兴分分支支学学科科。具具有有明明显显的的交交叉叉学学科科、边边缘缘学学科科的性质。的性质。4.金属晶体堆积方式有哪几种？金属晶体堆积方式有哪几种？金属晶体的堆积：面心立方、六方密堆；体心立方。金属晶体的堆积：面心立方、六方密堆；体心立方。5.晶体分为晶体分为：离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和氢：离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和氢键晶体。键晶体。6.什么是钙钛矿？什么是尖晶石结构？什么是钙钛矿？什么是尖晶石结构？钙钛矿型钙钛矿型晶体：晶体：化学通式为化学通式为ABX3，其中，其中A是二价（或一价）是二价（或一价）金属离子，金属离子，B是四价（或五价）金属离子，是四价（或五价）金属离子，X通常为通常为O，组成，组成一种复合氧化物结构。一种复合氧化物结构。尖晶石型尖晶石型晶体晶体：化学通式为化学通式为AB2O4型，属于复合氧化物，其型，属于复合氧化物，其中中A是二价金属离子如是二价金属离子如Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+等等，B是三价金属离子如是三价金属离子如Al3+、Cr3+、Ga3+、Fe3+、Co3+等。等。7.固溶体分几类？其特点是什么？固溶体分几类？其特点是什么？金属固溶体金属固溶体是一种均匀的组织。合金组成物在固态下彼此相互溶解而形成的晶体，称为固溶体(固态溶液)。固溶体中被溶组成物(溶质)可以有限地或无限地溶于基体组成物(溶剂)的晶格中。根据溶质原子在晶体中所处的位置，固溶体分：置换固溶体置换固溶体和间隙固溶体间隙固溶体。(1)置换固溶体：置换固溶体：溶剂金属保持其原有晶格，溶质金属原子取代了晶格内若干位置。一般说来，当两种金属的结构形式相同，原子结构半径相差很小，原子的价电子结构和电负性相近时，则这两种金属可以按任意的比例形成置换固溶体，例如Cu和Au、W和Mo等合金即属于这种类型。当两种金属元素上述两种性质相差较大时，则只能形成部分互溶的置换固溶体，或不能形成置换固溶体。(2)间隙固溶体间隙固溶体：溶质原子分布在溶剂原子晶格的间隙中。只有当溶质原子半径很小时(如C、B、N、H等)才能形成。例如碳溶入Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。间隙固溶体一般具有与金属相似的导电性和金属光泽，但它们的熔点和硬度比纯金属高。除金属键外，非金属元素与金属元素形成了部分共价键，因而增加了原子间结合力。此外，空间利用率的提高也起到了一定的作用。8.简要回答晶体和非晶体的区别和转化。简要回答晶体和非晶体的区别和转化。晶体晶体：原子或原子团、离子或分子在空按一定规律原子或原子团、离子或分子在空按一定规律呈周期性地排列构成。长程有序，热力学稳定相。呈周期性地排列构成。长程有序，热力学稳定相。非晶态非晶态：原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形：原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成。长程无序、短程有序，热力学上亚稳相，包括玻成。长程无序、短程有序，热力学上亚稳相，包括玻璃、高聚物。璃、高聚物。非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可能得到非晶态。能得到非晶态。在玻璃体内任何方向测得的热膨胀系数、导热系数、导在玻璃体内任何方向测得的热膨胀系数、导热系数、导电性、折光率以及机械性能等物理性质参数都是一致的，电性、折光率以及机械性能等物理性质参数都是一致的，而晶体则是各向异性的。而晶体则是各向异性的。在适当的条件下，玻璃体内部虽具有较高的能量，却处在适当的条件下，玻璃体内部虽具有较高的能量，却处于一种可以较长时间存在的状态，这种状态称为介稳状于一种可以较长时间存在的状态，这种状态称为介稳状态。态。玻璃体的凝固是渐变的可逆过程，所以玻璃体没有一个玻璃体的凝固是渐变的可逆过程，所以玻璃体没有一个固定的熔点，而只有一个软化温度范围。固定的熔点，而只有一个软化温度范围。玻璃体由熔融状态转变凝固为机械固态，或者加热时发玻璃体由熔融状态转变凝固为机械固态，或者加热时发生转变的逆过程，其物理化学性质随温度的变化是连续生转变的逆过程，其物理化学性质随温度的变化是连续的的。9.9.玻璃体有何基本特性玻璃体有何基本特性？玻璃态：通常也被称之为非晶态、亚稳定态玻璃态：通常也被称之为非晶态、亚稳定态或介稳定态。玻璃体或介稳定态。玻璃体(简称玻璃简称玻璃)是玻璃态物是玻璃态物质的总称。具有各向同性、介稳性、凝固过质的总称。具有各向同性、介稳性、凝固过程中物理化学性质具有连续性、没有一个固程中物理化学性质具有连续性、没有一个固定的熔点的任何物体，不论其化学成份及其定的熔点的任何物体，不论其化学成份及其组成如何变化，都可称为玻璃态。组成如何变化，都可称为玻璃态。10.为什么铁在潮湿空气中会生锈为什么铁在潮湿空气中会生锈 氢氧化亚铁继续氧化成四氧化三铁或三氧化二铁，氢氧化亚铁继续氧化成四氧化三铁或三氧化二铁，这就是我们常见的铁锈。这就是我们常见的铁锈。第二次作业2011.11.021.名词解释：化学电源组成化学电源组成：电极、电解液、隔膜和外壳：电极、电解液、隔膜和外壳4 4部分组成。部分组成。化学电源的分类化学电源的分类：原电池，蓄电池，：原电池，蓄电池，储备电池，燃料电池。储备电池，燃料电池。电池电动势电池电动势：电池电动势（通常用符号：电池电动势（通常用符号E E表示），是指电池两极在断表示），是指电池两极在断路（电流）且处于可逆平衡状态时，两极之间的平衡电极电势之差。路（电流）且处于可逆平衡状态时，两极之间的平衡电极电势之差。电池开路电压电池开路电压（通常用符号（通常用符号U U表示）是指电池两极在断路（无电流）表示）是指电池两极在断路（无电流）时的稳定电极电势之差。时的稳定电极电势之差。电偶腐蚀：电偶腐蚀：电偶腐蚀：异种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不电偶腐蚀：异种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处相等有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的局部腐蚀。而电位较高的金属，溶解速度反而减小，这就是电偶腐的局部腐蚀。而电位较高的金属，溶解速度反而减小，这就是电偶腐蚀，也称双金属腐蚀或金属接触腐蚀。蚀，也称双金属腐蚀或金属接触腐蚀。金属的电沉积：金属的电沉积：在金属电解过程中，金属离子在电流的作用下在阴极在金属电解过程中，金属离子在电流的作用下在阴极还原并沉积为金属的过程。包括电冶金、电精炼、电镀和电铸。还原并沉积为金属的过程。包括电冶金、电精炼、电镀和电铸。电化学极化电化学极化：当电极上有净电流通过时，由于当电极上有净电流通过时，由于 ，故，故电极上的平衡状态受到了破坏，并会使电极电势或多或少电极上的平衡状态受到了破坏，并会使电极电势或多或少地偏离平衡数值。这种情况就称为电极电势发生了地偏离平衡数值。这种情况就称为电极电势发生了“电化电化学极化学极化”。交换电流密度：交换电流密度：任何一个平衡电位都是相对于一定的电极任何一个平衡电位都是相对于一定的电极反应而言的。如果用反应而言的。如果用O O代表氧化态物质，代表氧化态物质，R R代表还原态物质，代表还原态物质，则任何一个电极反应都可以写成下列通式则任何一个电极反应都可以写成下列通式:，当正向反应速度与逆向反应速度相等时，即，当正向反应速度与逆向反应速度相等时，即 体系达到平衡状态，体系达到平衡状态，称为交换电流密度。称为交换电流密度。2.试述平衡体系和共轭体系的区别。平衡体系：平衡体系：电极表面仅存有一对氧化还原反应，当正向反应速度与负向反应速度相等时体系处于平衡状态。处于平衡状态的体系在微观上有物质交换和电流交换，在宏观上没有净物质和净电流存在。共轭体系：共轭体系：在电极表面至少存在两种或两种以上的电极反应时，体系不可逆。在一个孤立电极上，同时以相等的速度进行着个阳极反应和一个阴极反应的现象，叫做电极反应的耦合。互相耦合的电化学体系叫共轭体系。当电极体系达到稳态时，在两相界面上电荷转移平衡，而物质的转移并不平衡。既没有净电流存在，但有净物质产生。3.3.根据金属腐蚀电化学机理，根据金属腐蚀电化学机理，说明外加电流阴极保护和阳极保护的异同说明外加电流阴极保护和阳极保护的异同相同点：都是采用外加电流极化的方法对金属进行电化学相同点：都是采用外加电流极化的方法对金属进行电化学保护。保护。不同点：不同点：阴极保护阴极保护：将被保护的金属构件变成阴极，使之阴极极化，达到某一电极电位时金属腐蚀速度显著减少或停止，这种方法叫做阴极保护法。对于所有金属都适用。原理见图1.阳极保护阳极保护：把被保护金属构件变成阳极，使之阳极极化达到钝化电位，进入钝化，并维持稳定的钝化状态，从而保护金属，这种方法叫阳极保护。对能钝化的金属适用。原理见图2.最小保护电位；最小保护电位；最小保护电流密度最小保护电流密度 阳极保护重要的三个参数：；稳定钝化电位区间 4.请写出锌锰干电池()ZnNH4ClZnCl2MnO2(c)()的电极反应和成流反应，并叙述影响其寿命和容量减少的原因及改进方法。添加ZnCI2作用是什么？（一）（一）Zn NH4Cl MnO2,C（）（）负极负极：Zn 2NH4Cl2e Zn(NH3)2Cl2 2H正极正极：2MnO2 2H 2e 2MnOOH电池反应电池反应：Zn 2MnO2 2NH4Cl 2MnOOH Zn(NH3)2Cl2 影响其寿命和容量减少的原因影响其寿命和容量减少的原因：1.NH4Cl其冰点高，影响了其低温性能。2.NH4Cl容易沿锌筒上爬导致电池漏液。3.Zn容易自放电，导致电池容量降低，如果金属锌电极中含有杂质，容易加速腐蚀。改进方法：1.使用高纯金属锌，或者使用汞齐化的锌；2.溶液中添加缓蚀剂；3.添加ZnCI2溶液。添加添加ZnCI2作用作用ZnCI2可以降低冰点，抑制NH4Cl爬液；具有很好的吸湿性，有利于保持电解液的水分；正极反应中在电极表面上生成的MnOOH除了可以通过故相质子转移的方式向内部转移，同时还发生如下的岐化反应；ZnCI2又是很好的消氨剂，能促进电极反应的正向进行。