材料热力学11年试题

问答题

1、简述热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律的内容及应用。 2、简述熵判据、亥姆赫兹函数判据和吉布斯函数判据的内容及使用条件

3、请说明为什么纯金属（纯铁材料除外）加热的固态相变是由密排结构到疏排结构的变

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mP顺磁态的过程伴随着自由能的变化

4、请说明为什么固相与气相或液相之间平衡时，相平衡温度T与压力P之间的关系是指数关系；而固相与液相之间平衡时，相平衡温度T与压力P之间的关系是直线关系 5、对于一个二元体系A-B，试简述相互作用能IAB 的意义，以及IAB 值对A-B二元正规溶体体系吉布斯自由能-组分关系图形状以及A、B在溶体中微观存在状态的影响？

?G?G?GT=0时i=0.自由能曲线倾斜的直线，0>i自由能曲线向下的曲线

i>0，自由能曲线向上的曲线T>0时i≦0，向下凹曲线。在绝大多数情况下，Gm-X曲线都是单调向下弯曲的形状。在i>0，T不太高时，向上凸的曲线且两个拐点

6、试简述多元体系中化学位和活度的意义，并说明为什么在一些固溶体中会发生上坡扩散的原因？

7、试简述两相平衡条件的热力学条件、意义，对于两种或者两种以上物相存在的二元体系吉布斯自由能-组分关系图中如何确定相平衡条件啊和范围，以及上述方法的日力学原理；

8、物相尺度影响其在溶体中的溶解度，晶体材料中出现晶界偏析的原因和热力学原理

9简述固体热容的杜隆-普替定律，爱因斯坦，德拜模型中材料的热容随温度的变化规律，以及比较各自的优缺点

杜隆-普替定律：温度较高Cv=3R定值。低温时，在低温热容与T3成正比，热容迅速趋向0.高温下与试验结果基本符合不能说明高温下，不同温度下热容的微小差别不能说明低温下，，热容随温度的降低而减小，在接近绝对零度时，热容按T3的三次方趋近与零的试验结果未考虑能量的量子化

爱因斯坦：温度较高Cv=3R当T →0 时，CV迅速变为0，适用的材料：原子晶体、部分简单的离子晶体。但实验表明CV的降低是缓慢的不适用于极低温度，无法说明在极低温度时，为什么定容热容的实验值与绝对温度的3次方成比例。低温时，Cv与温度按指数律随温度而变化，与实验得出的按T3的立方变化规律仍有偏差把每个原子当作一个三维的独立简谐振子，绕平衡点振动。忽略了各格波的频率差别，其假设过于简化。 德拜模型：高于德拜温度时，热容趋于常数，低于德拜温度时固体（晶体金属）定容热容与绝对温度的三次方成正比因为在非常低的温度下，只有长波的的激发是主要的，对于长波晶格是可以看作连续介质的。德拜理论在温度越低的条件下，符合越好。如果德拜模型在各种温度下都符合，则德拜温度和温度无关。实际不。德拜模型成功地解释了杜隆·伯替定律，

12π?T??即热容与温度的关系 C?5Nk????10对于一个二组元体系A-B，描述其微观状态形式与宏观性质之间的联系，并叙述相互作用参数IAB的概念和含义，及对A-B二元正规溶体体系性质的影响

43B

构成溶体组元之间的相互作用宏观：相互作用能IAB微观：溶剂与溶质原子之间的结合能uAB与同类原子结合能uAA、uBB之间的差值。溶体的性质：溶体的结构稳定性与成分的关系原子排布的有序性

11对于稀溶液固溶体二组元体系如何建立两相平衡的组分平衡条件

α+β两相平衡时

应

有

12简述相转变形核驱动力和相变驱动力的概念，区别及联系

相变驱动力：相变过程前后摩尔自由能的净降低量 ΔGm=Gm(D)-Gm(C

12以G为纵轴，T为横轴时，恒压下，G曲线随温度下降，曲线向为什么上凸？

?G????(dG??SdT?VdP恒压下，自由能与温度的关系曲线 ?T)P??S定压

二、计算题

1、已知Sn（锡）在熔点505K时的熔化热为7070.96J/mol，并有Cp（l）=34.69-9.20X10-3 T J/（mol K） Cp（s）=18.49+26.36X10-3 T J/（mol K）计算：Sn在绝热容器内过冷到495K时能自动凝固的分数。 2、在1大气压、25℃下，（碳摩尔质量为12g）的两种晶体结构（石墨和金刚石）哪种更稳定？计算在25℃由石墨很成金刚石所需要的压强大小。已知 H298 （石墨）-H298 （金刚石） S298（石墨） S298（金刚石） 密度（金刚石） 密度（石墨） -1899.55 J/mol 5.74J/mol K 2.38J/mol K 3.513g/cm-3 2.260 g/cm-3 3、金属Ga（镓）熔点为303K，在1atm，固态和合台金属Ga（镓）密度分别为6.08g/cm-3

和5.885个/cm-3，Hf Cal/g，求：增加1atm金属Ga熔点的变化量（1cal=41.293cm-3 atm） 4、闪锌矿（ZnS）在1700K高温干燥空气流中的赔烧时，出口气韩SO2 的体积分数y（SO2）=7%，是判断产物是否为ZnSO4

已知1700K，标准大气压下，各物质的摩尔生成吉布斯自由能为： ZnO（s）=-181.167 ZnSO4 =-394.551 SO3（g）=-233.886

5、已知A-B二元正规溶液中固溶体a相的相互作用参数I=25.5KJ/Mol，A组元的摩尔自由能为GA0，B组元的摩尔吉布斯自由能为GB0，试写出该体系在温度T=1000K时溶体的摩尔吉布斯自由能与组分的关系式，并计算该温度下的溶解度间歇位置？

a B

6、已知Ti-V合金在800℃下的两相平衡成分为Xv=0.02，X=0.10，是计算该温度下的V奥氏体稳定化参数，以及纯钛的相变自由能

7、已知A-B二元体系中，一个成分为XB =0.2合金是a+B两相组织。这时a相的成分a

Xb=0.3其摩尔自由能G=a，B相的成分为Xb =0.6，摩尔自由能G=b，试求两相合金的摩尔自由能。

8、已经测得Fe-V合金的a固溶体成分为XV =0.4，1000℃下V的活度为0.41，试估算相互作用能参数IFeV （提示可以将该固溶体作为正规通体，通过活度定义以及正规溶体的吉布斯自由能与组分关系求解）://m.njliaohua.com//link?url=Ivf-wnYd7BU6SaqrYoa5LiWzDeYpz1F4N_Q9cRAakvwOBX6sPntL_GpomC-YBomL16t4pGILMfeznE7_EnEM313tYNJLFuuuHQr2DA1V65q&pn=NaN ://m.njliaohua.com//view/f408559951e79b896802267a.html ://m.njliaohua.com//view/8285fffc04a1b0717fd5dd69.html ://m.njliaohua.com//view/895e29671ed9ad51f01df26f.html

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