上海交通大学 材料科学基础网络课程 整理 1

各章例题、习题以及解答

第1章 原子结构与键合

1.何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？

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。

2.已知Si的相对原子质量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动，试计算：(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少？(b)必须破坏的共价键之比例为多少？

答案:原子数=

价电子数=4×原子数=4×2.144×1024=8.576×1024个

个

a)

b) 共价键，共有2.144×1024个； 需破坏之共价键数为5×1010/2=2.5×1010个；所以

3.有一共聚物ABS（A-丙烯腈，B-丁二烯，S-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。 答案:丙烯腈(－C2H3CN－)单体相对分子质量为53； 丁二烯(－C2H3C2H3－) 单体相对分子质量为54; 苯乙烯(－C2H3C6H5－) 单体相对分子质量为104;

设三者各为1g，则丙烯腈有1/53mol，丁二烯有1/54mol，苯乙烯有1/104mol。 故各单体的摩尔分数为

上海交通大学 材料科学基础网络课程 整理 2 1. 2. 3.

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？答案 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？答案

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？答案

4. 5.

何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？答案

铬的原子序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原子含有26个中子，83.76%含有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。答案

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Cu63和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。答案

7. 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。答案

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亚层中有几个电子？答案

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？并判断其金属性强弱。答案

10. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？答案

11. 图1-1绘出三类材料—金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。答案

12. 已知Si的相对原子质量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动，试计算：(a)能自由运动的电子占

价电子总数的比例为多少？(b)必须破坏的共价键之比例为多少？答案

13. S的化学行为有时象6价的元素，而有时却象4价元素。试解释S这种行为的原因。答案 14. A和B元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似的用下式表示：

IC%?1?eTiO2和InSb的IC%。答案

??0.25(xA?xB)2??100

这里xA和xB分别为A和B元素的电负性值。已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为1.5，3.5，1.7和1.9，试计算

15. Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子？b)1g中含有多少原子？答案

16. 尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要比HCl的沸腾温度(-85℃)高？答案 17. 高分子链结构分为近程结构和远程结构。他们各自包括内容是什么？答案

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之。答案 19. 分别绘出甲烷(CH4)和乙烯(C2H4)之原子排列与键合. 答案略

上海交通大学 材料科学基础网络课程 整理 3 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，试计算需添加氯的质量分数。答案

21. 高分子材料相对分子质量具有多分散性。表1-1为聚乙烯相对分子质量分布表

表1-1

分子量范围 (?10) 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 30~35 35~40 3平均分子量Mi (?103) 7.5 12.5 17.5 22.5 27.5 32.5 37.5 分子数分数 xi 0.05 0.016 0.22 0.27 0.20 0.08 0.02 xiMi 质量分数 wi 0.02 0.10 0.18 0.29 0.26 0.13 0.02 wiMi 375 2000 3850 6075 5500 2600 750 150 1250 3150 6525 7150 4225 750 试计算该材料的数均相对分子质量，重均相对分子质量Mw以及数均聚合度nn。答案 22. 有一共聚物ABS（A-丙烯腈，B-丁二烯，S-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。

答案

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10cm3的圆柱形试样含的

分子量为多少？答案

24. 一有机化合物，其组成的w(C)为62.1%，w(H)为10.3%，w(O)为27.6%。试推断其化合物名称。答案 25. 尼龙-6是HOCO(CH2)5NH2的缩聚反应的产物。a) 用分子式表示其缩聚过程；b)已知C-O、H-N、C-N、H-O

的键能分别为360、430、305、500(kJ/mol)，问形成一摩尔的H2O时，所放出的能量为多少？答案 1. 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。 2. 能量最低原理、Pauli不相容原理，Hund规则。

3. 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；同一主族元素核外电子数相同，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； 4. 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。 5. 52.057

6. 73% (Cu); 27% (Cu)

7. 1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p; 锡的价电子数为4。 8. 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d6s;

2

2

6

2

6

10

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2

6

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14

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9

1

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6

2

6

10

2

6

10

2

2

63

65

2+8+18+32+17=77; 78-77=1

9. 1s2s2p3s3p3d4s4p; 第四周期； ⅣA族； 亚金属Ge 10.

上海交通大学 材料科学基础网络课程 整理 4 化学键：主价键 11. a:高分子材料；b:金属材料；c:离子晶体

5?1010?15?5.830?102412. a) 8.576?10

b) 共价键，共有2.144×10个； 需破坏之共价键数为2.5×10个；

24

10

2.5?1010?14?1.166?1024所以，2.144?10

13. S的最外层电子为3s3p，与H结合成H2S时，接受个2电子,因S外层有个6价电子， 故为6价; 与O结合成SO2时，此时S供给4个电子，故为4价。

(?0.25)(3.5?1.5)]?100?63.2% 14. 对TiO2: IC%?[1?e224

对InSb:

15. a) Al2O3的相对分子质量为M=26.98×2+16×3=101.96

1mm中所含原子数为1.12*10（个） b) 1g中所含原子数为2.95*10（个）

16. 由于HF分子间结合力是氢键，而HCl分子间结合力是范德化力，氢键的键能高于范德化力的键能，故此HF的

沸点要比HCl的高。 17.

22

3

20

18. 热塑性：具有线性和支化高分子链结构，加热后会变软，可反复加工再成型；

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之形状，无法再生。 19. 答案略 20. 29.0%

21. 数均相对分子质量

重均相对分子质量

Mn??xiMi?21150；

Mw??wiMi?23200；

数均聚合度nn=338。 22. X丙烯腈=40.1%

X丁二烯=39.4% X苯乙烯=20.5%