【考研类试卷】材料科学基础-原子结构与键合及答案解析.doc

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1、材料科学基础-原子结构与键合及答案解析(总分：260.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：26，分数：260.00)1.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪 4 个量子数来决定?（分数：10.00）_2.在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则?（分数：10.00）_3.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?它的性质如何递变?（分数：10.00）_4.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?（分数：10.00）_5.铬的原子序数为 24，它共有 4 种同位素：(Cr)=4.31%的 Cr 原子含有 26

2、个中子，(Cr)=83.76%的 Cr含有 28 个中子，(Cr)=9.55%的 Cr 含有 29 个中子，且 (Cr)=2.38%的 Cr 含有 30 个中子。试求铬的相对原子质量。（分数：10.00）_6.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 Cu53和 Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。（分数：10.00）_7.锡的原子序数为 50，除了 4f 亚层之外，其他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。（分数：10.00）_8.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，请问在 Pt 的 6s

3、亚层中有几个电子?（分数：10.00）_9.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?并判断其金属性的强弱。（分数：10.00）_10.原子间的结合键共有几种?各自的特点如何?（分数：10.00）_11.图 1-11 中绘出 3 类材料金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离的关系曲线，试指出它们各代表何种材料。（分数：10.00）_12.已知 Si 的相对原子质量为 28.09，若 100g 的 Si 中有 51010个电子能自由运动，试计算：能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少?必须破坏的共价键之比例为多少?（分数：10.00）_13.S 的化学行

4、为有时像 2 价的元素，而有时却像 4 价元素。试解释 S 这种行为的原因。（分数：10.00）_14.A 和 B 元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似地用下式表示：（分数：10.00）_15.Al2O3的密度为 3.8g/cm3，试计算：1mm 3中存在多少个原子?1g 中含有多少个原子?（分数：10.00）_16.尽管 HF 的相对分子质量较低，试解释：为什么 HF 的沸腾温度(19.4)要比 HCl 的沸腾温度(-85)高?（分数：10.00）_17.高分子链结构分为近程结构和远程结构。他们各自包含的内容是什么?（分数：10.00）_18.高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两

5、大类，试从高分子链结构角度加以解释。（分数：10.00）_19.分别绘出甲烷(CH 4)和乙烯(C 2H4)的原子排列与键合。（分数：10.00）_20.高密度的聚乙烯可以通过氯化处理，即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取代聚乙烯中 8%的氢原子，试计算须添加氯的质量分数。（分数：10.00）_21.高分子材料相对分子质量具有多分散性。聚氯乙烯(PVC)相对分子质量分布表如下。试计算该材料的数均相对分子质量 ，重均相对分子质量 （分数：10.00）_22.有一共聚物 ABS(A 为丙烯腈，B 为丁二烯，S 为苯乙烯)，每一种单体的质量分数均相同，求各单体的摩尔分数。（分数：10

6、.00）_23.嵌镶金相试样用的是酚醛树脂类的热固性塑料。若酚醛塑料的密度为 1.4g/cm3，试求在 10cm3的圆柱形试样中所含的分子质量为多少?（分数：10.00）_24.一有机化合物，其组成的 (C)为 62.1%，(H)为 10.3%，(O)为 27.6%。试推断其化合物名称。（分数：10.00）_25.尼龙-6 是 HOCO(CH2)5NH2的缩聚反应的产物。用分子式表示其缩聚过程。已知 CO，HN，CN，HO 的键能分别为 360，430，305，500(kJ/mol)，问形成 1mol 的 H2O 时，所放出的能量为多少?（分数：10.00）_26.已知线性聚四氟乙烯的数均相对

7、分子质量为 5105，其 CC 键长为 0.154nm，键角 为 109，试计算其总链长 L 和均方根末端距。（分数：10.00）_材料科学基础-原子结构与键合答案解析(总分：260.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：26，分数：260.00)1.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪 4 个量子数来决定?（分数：10.00）_正确答案：(主量子数 n、轨道角动量量子数 li、磁量子数 mi和自旋角动量量子数 si。)解析：2.在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则?（分数：10.00）_正确答案：(能量最低原理，Pauli 不相容原理，Hund 规则。)解析：3.在元素周

8、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?它的性质如何递变?（分数：10.00）_正确答案：(同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左右，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；同一主族元素最外层电子数相同，但从上下，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。)解析：4.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?（分数：10.00）_正确答案：(在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然而它们的化学性质相同

9、，这种物质称为同位素。由于各同位素所含的中子量不同(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。)解析：5.铬的原子序数为 24，它共有 4 种同位素：(Cr)=4.31%的 Cr 原子含有 26 个中子，(Cr)=83.76%的 Cr含有 28 个中子，(Cr)=9.55%的 Cr 含有 29 个中子，且 (Cr)=2.38%的 Cr 含有 30 个中子。试求铬的相对原子质量。（分数：10.00）_正确答案：(A r=0.043 1(24+26)+0.8376(24+28)+0.0955(24+29)+0.0238(24+30)=52.057)解析：6.铜的原子序数

10、为 29，相对原子质量为 63.54，它共有两种同位素 Cu53和 Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。（分数：10.00）_正确答案：(A r=63.54-63x+65(1-x)；*；1-x=0.2727%(Cu 65)解析：7.锡的原子序数为 50，除了 4f 亚层之外，其他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。（分数：10.00）_正确答案：(1s 22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2；锡的价电子数为 4。)解析：8.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，请问在 Pt 的 6s 亚层中

11、有几个电子?（分数：10.00）_正确答案：(1s 22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d96s1；2+8+18+32+17=77：78-77=1)解析：9.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?并判断其金属性的强弱。（分数：10.00）_正确答案：(1s 22s22p63s23p63d104s24p2；第四周期；A 族；亚金属 Ge。)解析：10.原子间的结合键共有几种?各自的特点如何?（分数：10.00）_正确答案：(*)解析：11.图 1-11 中绘出 3 类材料金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离的关

12、系曲线，试指出它们各代表何种材料。（分数：10.00）_正确答案：(a：高分子材料；b：金属材料；c：离子晶体。)解析：12.已知 Si 的相对原子质量为 28.09，若 100g 的 Si 中有 51010个电子能自由运动，试计算：能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少?必须破坏的共价键之比例为多少?（分数：10.00）_正确答案：(*价电子数=4原子数=42.14410 24=8.5761024(个)*共价键，共有 2.1441024个；须破坏之共价键数为*；所以，*)解析：13.S 的化学行为有时像 2 价的元素，而有时却像 4 价元素。试解释 S 这种行为的原因。（分数：10.00）

13、_正确答案：(S 的最外层电子为 3s23p4。S 与 H 结合成 H2S 时，接受 2 个电子，故为 2 价；S 与 O 结合成SO2时，此时 S 供给 4 个电子，故为 4 价。)解析：14.A 和 B 元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似地用下式表示：（分数：10.00）_正确答案：(对 TiO2：*对 InSb：*)解析：15.Al2O3的密度为 3.8g/cm3，试计算：1mm 3中存在多少个原子?1g 中含有多少个原子?（分数：10.00）_正确答案：(Al 2O3的相对分子质量 M=26.982+163=101.961mm3中所含原子数为：*1g 中所含原子数为：*)解析：1

14、6.尽管 HF 的相对分子质量较低，试解释：为什么 HF 的沸腾温度(19.4)要比 HCl 的沸腾温度(-85)高?（分数：10.00）_正确答案：(由于 HF 分子问结合力是氢键，而 HCl 分子问结合力是范德瓦耳斯力，氢键的键能高于范德瓦耳斯力的键能，因此 HF 的沸点要比 HCl 的高。)解析：17.高分子链结构分为近程结构和远程结构。他们各自包含的内容是什么?（分数：10.00）_正确答案：(*)解析：18.高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结构角度加以解释。（分数：10.00）_正确答案：(热塑性：具有线性和支化高分子链结构，加热后会变软，可反复加工再成

15、形；热固性：具有体型(立体网状)高分子链结构，不溶于任何溶剂，也不能熔融，一旦定型后不能再改变形状，无法再生。)解析：19.分别绘出甲烷(CH 4)和乙烯(C 2H4)的原子排列与键合。（分数：10.00）_正确答案：(见图 1。*)解析：20.高密度的聚乙烯可以通过氯化处理，即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取代聚乙烯中 8%的氢原子，试计算须添加氯的质量分数。（分数：10.00）_正确答案：(从上题得知聚乙烯的结构单元中含有 2 个 C 原子和 4 个 H 原子。若 8%H 原子被 Cl 原子所取代，则须添加 Cl 的质量分数为：*)解析：21.高分子材料相对分子质量具有多

16、分散性。聚氯乙烯(PVC)相对分子质量分布表如下。试计算该材料的数均相对分子质量 ，重均相对分子质量 （分数：10.00）_正确答案：(数均相对分子质量*；重均相对分子质量*；而 PVC 每链节系由 2 个 C 原子、3 个 H 原子和 1 个 Cl 原子所组成，C，H 和 Cl 的相对原子质量分别为12.01，1.008 和 35.45，因此每链节的质量*故数均聚合度*)解析：22.有一共聚物 ABS(A 为丙烯腈，B 为丁二烯，S 为苯乙烯)，每一种单体的质量分数均相同，求各单体的摩尔分数。（分数：10.00）_正确答案：(丙烯腈(C 2H3CN)单体相对分子质量为 53；丁二烯(C 2H

17、3C2H3)单体相对分子质量为 54；苯乙烯(C 2H3C6H5一)单体相对分子质量为 104；设三者各为 1g，则丙烯腈有*mol，丁二烯有*mol，苯乙烯有*mol。故各单体的摩尔分数分别为：*)解析：23.嵌镶金相试样用的是酚醛树脂类的热固性塑料。若酚醛塑料的密度为 1.4g/cm3，试求在 10cm3的圆柱形试样中所含的分子质量为多少?（分数：10.00）_正确答案：(首先确定当交联形成三维网络结构时，酚 C6H5OH 与甲醛 CH2O 分子的比例为多少?在线性结构中，一个甲醛搭桥连接 2 个酚分子，酚分子是三官能度的，要形成三维网络，平均而言，就要 3 个甲醛分子连接 2 个酚分子。

18、因此，可以写成下式：1 酚+1.5 甲醛1 酚醛单体+1.5H 2O酚醛单体相对分子质量=(612+6+16)+1.5(12+2+16)-1.5(2+16)=112*10cm3圆柱试样的质量 M=V=1.410=14g10cm3体积内所含酚醛单体数*故 分子质量=7.5210 22112=8.431024)解析：24.一有机化合物，其组成的 (C)为 62.1%，(H)为 10.3%，(O)为 27.6%。试推断其化合物名称。（分数：10.00）_正确答案：(各组分的摩尔分数分别为：*C:H:O=5.2:10.2:1.73:6:1 *故可能的化合物为 CH3COCH3(丙酮)。)解析：25.尼

19、龙-6 是 HOCO(CH2)5NH2的缩聚反应的产物。用分子式表示其缩聚过程。已知 CO，HN，CN，HO 的键能分别为 360，430，305，500(kJ/mol)，问形成 1mol 的 H2O 时，所放出的能量为多少?（分数：10.00）_正确答案：(*1mol(6.02310 23)的 H2O 形成时需要破坏 6.0231023个 CO 及 NH 键，同时形成 6.0231023个的CN 及 HO 键，故净能量变化为(+360)+(+430)+(-350)+(-500)=-15kJ/mol)解析：26.已知线性聚四氟乙烯的数均相对分子质量为 5105，其 CC 键长为 0.154nm，键角 为 109，试计算其总链长 L 和均方根末端距。（分数：10.00）_正确答案：(对线性高分子而言，其总链长 L 取决于原子间键长 d、键的数目 N，以及相邻键的夹角 ，即*。对聚四氟乙烯而言，每链节有 2 个 C 原子和 4 个 F 原子。首先计算其聚合度：*而每个链节有 2 个 C 原子，因此每个链节就有两个 CC 主键，所以在此高分子中总键数N=2nn=25103=1.0104若每 CC 键长 d=0.154nm，键角 =109，则*均方根末端距*)解析：