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《材料与化工综合》科目大纲
(科目代码：570 )
一、考核要求
1. 掌握物质性质、热力学、化学平衡、相平衡、电化学、化学动力学、表面化学及胶体化学相关基本概念、基本原理及计算方法，并具有综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力
2. 掌握材料各种性能相关基本知识，包括力学(弹性、塑性、韧性、硬度、低温脆性、疲劳、磨损、强韧化等)、光学、电、磁、声、热、化学等性能的基本概念、物理本质、变化规律以及性能指标的工程意义;了解材料性能的主要因素，掌握材料性能与其成分、组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。
3. 掌握常见分析技术方法的基本原理和应用，能根据实验需求，正确选择分析、测试方法，看懂或分析一般的图谱、图像测试结果等，包括物质结构、X-射线衍射、电子衍射、原子光谱、电子能谱、分子光谱、色谱、电化学方法、热分析方法等。
4. 掌握材料与化工工程技术相关基本知识，掌握一些材料及化工产品的生产原理，生产设备，工艺过程，技术发展现状等。
二、考核评价指标
材料与化工综合是针对材料与化工专业型硕士的专业课复试科目。考试对象为参加全国硕士研究生入学考试的准考考生。该课程旨在考查学生对化学、材料、化学工程有关基础理论知识的掌握程度。以及运用基础理论知识，分析物质组成与结构、制备、加工及生产，企业管理等的能力。它的评价标准是高等学校优秀本科毕业生能达到的水平，以保证被录取者具有较好的材料科学与化学工程基础理论和应用基础知识，能较好的适应入学后学习与科研工作。
三、考核内容
1. 物理化学与化学工程基础
(1)物理化学基础
1) 气体的 PVT 关系 ：掌握理想气体状态方程和混合气体的性质(道尔顿分压定律、阿马加分容定律)。了解实际气体的状态方程(范德华方程)。了解实际气体的液化和临界性质。了解对应状态原理与压缩因子图。
2) 热力学第一定律：明确热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功、热、变化过程等。掌握热力学第一定律和内能的概念。熟知功与热正负号和取号惯例。明确准静态过程与可逆过程的意义及特征。明确 U 及 H 都是状态函数，以及状态函数的特性。较熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的 ΔU、ΔH、Q 和 W。能熟练应用生成热、燃烧热计算反应热。会应用盖斯定律和基尔霍夫定律进行一系列计算。了解卡诺循环的意义。
1) 热力学第二定律：明确热力学第二定律的意义及其与卡诺定理的联系。理解克劳修斯不等式的重要性。注意在导出熵函数的过程中，公式推导的逻辑推理。熟记热力学函数 U、H、S、F、G 的定义，明确其在特殊条件下的物理意义和如何利用它们判别过程变化的方向和平衡条件。较熟练地运用吉布斯-亥姆霍兹公式和克老修斯-克拉贝龙方程式。掌握熵的统计意义。了解热力学第三定律，明确规定熵的意义、计算及其应用。
2) 多组分系统热力学：熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系。掌握理想溶液定义、实质和通性。掌握拉乌尔定律和亨利定律。了解逸度和活度的概念，了解如何利用牛顿图求气体的逸度系数。明确偏摩尔量和化学势的意义。掌握表示溶液中各组分化学势的方法。了解稀溶液依数性公式推导和分配定律公式的推导和热力学处理溶液问题的一般方法。
3) 化学平衡：掌握反应等温式的应用。掌握均相和多相反应的平衡常数表示法。了解平衡常数与温度、压力关系和惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法。能根据标准热力学函数的数据计算平衡常数。了解同时平衡、反应耦合、近似计算等处理方法。
4) 相平衡：掌握相、组分数和自由度的定义。了解相律的推导过程及其在相图中的应用。掌握杠杆规则在相图中的应用。在双液系中以完全互溶的双液系为重点掌握 P-X 图和 T-X 图。在二组分液—固体系中，以简单共熔物的相图为重点，掌握相图的绘制及其应用。对三组分体系，了解水盐体系相图的应用，了解相图在萃取过程中的应用。
5) 电化学：掌握电导率、摩尔电导率的意义及其与溶液浓度的关系。了解离子独立移动定律及电导测定的一些应用。熟悉迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。掌握电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。了解电解质溶液理论(主要是离子氛的概念)，并会使用德拜-休克尔极限公式。掌握电动势与ΔrGm的关系，熟悉电极电势的符号惯例。熟悉标准电极电势及其应用(包括氧化能力的估计，平衡常数的计算等)。对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应并能计算其电动势。明确温度对电动势的影响及ΔrHm和ΔrSm的计算。了解分解电压的意义。了解产生极化作用的原因。
6) 统计热力学初步：了解用最概然分布的微观状态数代替整个体系的微观状态数的原因。明确配分函数定义及其物理意义。了解定位体系与非定位体系的热力学函数的差别。了解平动、转动、振动配分函数及其对热力学函数的贡献。
7) 界面现象：掌握表面吉布斯函数、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系。掌握弯曲表面的附加压力产生的原因及其与曲率半径的关系，会使用杨—拉普拉斯公式进行简单计算。了解弯曲表面上的蒸气压，学会使用 Kelvin 公式。理解吉布斯吸附等温式及各项的物理意义，并能进行简单的计算。了解表面活性物质结构特性、表面活性剂的分类及其应用。了解液—固界面的铺展与润湿现象。理解气—固表面的吸附本质、吸附等温线的主要类型和吸附热力学。
8) 化学动力学：掌握等容反应速率的表示法、基元反应、反应级数、反应分子数等基本概念。掌握具有简单级数的反应的速率方程和特征，并能够由实验数据确定简单反应的级数。对三种典型的复杂反应(对峙反应、平行反应和连串反应)，掌握其各自的特点，并能对其中比较简单的反应能写出反应速率与浓度关系的微分式。明确温度、活化能对反应速率的影响，理解阿仑尼乌斯经验式中各项的含义，计算Ea、A、k 等物理量。掌握链反应的特点。掌握稳态近似法、平衡态法和速控步骤法等近似处理方法。理解碰撞理论和过渡状态理论。了解溶液中反应的特点和溶剂、电解质对反应速率的影响。了解催化反应的特点和常见催化反应的类型。了解光化学反应的特点。
9) 胶体化学：掌握胶体分散体系的动力性质、光学性质、电学性质等方面的特点，能利用这些特点对胶体粒子大小、带电情况等方面分析并能应用于实践。了解溶胶稳定 性特点及电解质对溶胶稳定性的影响，能判断电解质聚沉能力的大小。了解乳状 液的种类、乳化剂的作用及在工业和日常生活中的应用。了解大分子溶液与溶胶的异同点。
(2)化学工程基础
1) 流体流动与输送：应用静力学方程进行有关静力学问题的分析和求解;解释连续性方程、流体流动过程能量衡算式的物理意义，并能熟练应用这两个方程进行流体流动过程有关问题的分析与求解;牛顿粘性定律表达式所表示的意义;雷诺数表达式的物理意义并能应用于管路中流体流动相关问题的分析计算;能够进行直管阻力、局部阻力计算;能够分析影响直管阻力大小的因素，并能够提出降低管路阻力的措施;识别简单管路的特点，并能进行相关计算;离心泵的工作原理、离心泵的主要性能参数的物理意义，能够应用泵的特性曲线，能够确定泵的安装高度，学会泵的选型;说明往复泵的工作原理。
2) 传 热：传热的基本概念、引起传热的原因;区别传热的三种基本方式;傅里叶定律表达式的物理意义、热导率的物理意义，能够进行热传导过程的分析及其计算;对流传热的基本概念，解释对流传的基本原理与牛顿冷却定律;学会分析影响对流传热系数的因素;能够进行换热器热量衡算、热流体或冷流体用量和出口温度的计算;能够进行换热器传热平均温度差、总传热系数、传热面积的计算;分析传热过程，当某些条件发生变化，对传热结果的影响，强化传热过程的方法。
3) 吸收：吸收分离的依据及和吸收概念，识别工业上的吸收流程;区别亨利定律的几种表示法，并能够利用气液相平衡关系，分析判断过程进行的方向、限度及过程的推动力;吸收速率的概念及其表示法，领会吸收速率表达式中“推动力”、“阻力”的含义，区别膜吸收系数与总吸收系数的关系，熟悉总推动力表示的吸收速率方程及其应用;低浓度气体吸收的特点、选择吸收剂的依据;领会确定最小液气比的意义并能够计算最小液气比;全塔物料衡算式的意义并能够应用，填料层高度的计算;填料塔的结构、各部件的结构特点与性能;说明填料结构与性能的关系、以及对吸收过程的影响，熟悉表征填料的主要性能参数。
4) 精馏：精馏分离的依据、操作的特点、轻组分、重组分的概念;泡点方程、露点方程的意义并能够应用于相平衡计算;学会运用相图(温度组成图、汽液组成图)进行精馏过程的分析，能够将挥发度关联表示的相平衡方程应用于精馏中;精馏操作流程和原理，明确精馏段、提馏段的作用;全塔物料衡算式的意义并能应用于精馏过程计算，明确回收率与组成之间的关系;精馏段、提馏段和进料处操作线方程的物理意义、几何特点及操作线的做法;进料热状态参数的定义、意义以及和进料热状态的定量关系;运用逐板法、图解法求理论塔板数的方法，理解图解法中阶梯的意义，学会简捷法求理论塔板数的方法;分析进料热状态、回流比的改变，对精馏操作的影响，能够进行最小回流比的确定，说明全回流操作的特点其在工业中的应用;板式塔塔板结构、板上汽液两相接触方式;识别常见塔板类型及其结构特点。
5) 化学反应器基本原理：化学反应工程研究的内容、工业上反应器的结构类型;反应器体积、有效体积、停留时间、平均停留时间及空间时间等概念;建立反应器数学模型的方法;间歇操作搅拌釜、全混流反应器、活塞流反应器及多釜串联反应器的特性、数学模型及行反应器的设计计算;简单反应进行应器的选型和操作方式的确定;停留时间分布密度函数、停留时间分布函数定义及性质;脉冲法、阶跃法测定停留时间分布的原理及方法;理想流动反应器停留时间分布的特征;利用离析流模型、多釜串联模型进行非理想流动反应器的计算。
2. 材料科学与工程基础
(1)材料性能学：
1) 材料的弹性变形：包括金属、陶瓷及高分子材料材料的弹性变形机理异同，弹性模量、比例极限与弹性极限等弹性变形力学性能指标，滞弹性、黏弹性、伪弹性、包申格效应和内耗等非理想弹性变形概念及特点，弹性变形理论，应力-应变关系;
2) 材料的塑性变形：塑性行为的特征、塑性变形机理、回复与再结晶、塑性变形的力学性能指标，应力-应变曲线的解读;
3) 材料的断裂与断裂韧性：断裂的类型及机理、断裂韧性的概念、含义及其测量方法，以及断裂韧性在工程中的应用;
4) 材料的扭转、弯曲、压缩性能：应力状态软性系数、扭转、弯曲、压缩性能的概念、特点及其测试实验和应用
5) 材料的硬度：硬度的意义及试验方法、布氏/洛氏/维氏/显微硬度的测试原理、表示方法、特点、影响因素及其与其他力学性能的关系;
6) 材料的冲击韧性及低温脆性：冲击韧性和低温脆性的概念、特点、机制和评价方法，温度对材料性能的影响，韧性转变和温度转变;
7) 材料的疲劳性能：金属/陶瓷/高分子材料的疲劳性能，循环载荷及疲劳断裂的特点，疲劳断口形貌及疲劳破坏机理，疲劳抗力指标，影响材料疲劳强度的因素，静态疲劳，循环疲劳;
8) 材料的磨损性能：磨损的概念、分类、机制、过程及基本类型，金属/陶瓷/高分子材料的磨损性能及实验方法;
9) 材料的高温力学性能：高温下的变形行为、力学性质，高温蠕变和疲劳的概念及特点，高温下材料失效机制和寿命预测;
10) 材料在环境介质作用下的腐蚀：腐蚀机理、行为和条件，腐蚀防护和控制，金属/陶瓷/高分子材料的腐蚀特点、类型及应力腐蚀;
11) 材料的强韧化：金属/无机非金属/高分子材料的强化、韧化原理与方法，复合改性，纤维的增强、增韧作用，材料韧性的评估和测试方法;
12) 材料的热学性能：晶体的点阵振动，热容的基本概念、热容理论及其影响因素，材料热容性能测试及应用，热膨胀/热传导/热稳定性的基本概念、机理、影响因素及应用;
13) 材料的刺血性能：固体物质的各种磁性(抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性)的形成机理及宏观表现;磁性表征参量、各类磁性物质的内部相互作用;磁性材料在交变磁场中的磁化过程及宏观磁性;磁性材料及其应用;
14) 材料的电学性能：电导性、电阻性、介电性、磁电性的基本概念、机理及影响因素，材料的导电机理与性能、热电性能、半导体导电性的敏感效应和介电性能及其影响因素和测试方法，
15) 材料的光学性能：光与固体的作用(折射率和透明性、吸收和散射、发光和荧光)，材料的不透明性与半透明性，典型光学材料的发展与应用。
(2) 材料工程基础:
1) 材料工程的基本过程，不同材料使用的不同加工制备方法及原因;
2) 钢铁、铝、铜冶炼的基本原理、主要工艺和使用设备，单晶材料制备的方法与主要工艺，玻璃生产的动力学条件，真空冶金的特点、原理与工艺;
3) 粉末材料的制备原理、基本方法、性质与表征手段，机械制粉、物理制粉和化学制粉的区别与应用，粉末的测量方法;
4) 高分子材料的分类和聚合方法，高分子材料的制备工艺;
5) 金属液态成形方法、原理、工艺、影响因素及缺陷产生原因及防止措施，半固态成形和快速凝固成形的工艺原理及过程;
6) 塑性加工的理论基础、原理与主要工艺，塑性加工方法的分类、发展及工艺过程;
7) 粉末的成形理论机理、粉体烧结机理、过程与工艺;
8) 三种典型高分子材料成形加工原理、成形方法与工艺;
9) 材料焊接的原理与方法，焊接的工艺与质量检验，材料粘结的分类、理论与实质;
10) 不同金属材料的常规处理基本原理、方法与应用，常规热处理的工艺;
11) 材料的表面改性基本方法与原理，材料表面改性方法的工艺，三束表面改性;
12) 材料腐蚀与摩擦的定义、分类、产生的原因及防护措施，材料腐蚀和摩擦的过程及评价;
13) 薄膜材料的概念、分类及基本制备方法，薄膜材料的性质与制备工艺;
14) 复合材料的特点、基本结构模式、界面结合形式与性能，复合材料的分类与复合理论。
3. 现代分析测试方法
(1) 现代分析主要采用的方法、分类、应用以及分析过程，光谱分析方法和电子能谱分析方法，电子显微分析方法，色谱分析及电化学分析方法等;
(2) 电磁辐射与物质的相互作用：电磁辐射与物质相互作用产生的辐射的吸收、发射、光电离、散射等现象的概念，各类特征谱的原理和特点，X-射线的产生及其与物质的相互作用，特征X-射线概念;
(3) 粒子(束)与物质的相互作用：电子束的激发产生，电子(束)与物质的相互作用所产生的各种现象，背散射电子和二次电子，离子束与材料的相互作用的特征，弹性散射和非弹性散射，溅射与二次离子;
(4) X-射线衍射原理及应用：布拉格方程的导出、讨论及应用，衍射矢量方程，厄瓦尔德图解，劳埃方程，X射线衍射强度的计算过程;物相分析中的定性分析基本原理、过程，物相分析中的定量分析基本原理、过程和定量分析方法;
(5) 电子衍射：电子衍射的基本原理、形成过程、分类和基本公式的导出，电子衍射花样特征及应用，多晶电子衍射成像原理与衍射花样特征，多晶电子衍射花样的标定，单晶电子衍射成像原理与衍射花样特征，单晶电子衍射花样的标定;
(6) 透射电子显微分析：透射电子显微镜工作原理及构造，选区电子衍射的原理和操作，间接样品(复型)的制备，直接样品的制备，透射电镜基本成像操作，像衬度的概念，透射电子显微分析的应用;
(7) 扫描电子显微分析与电子探针：扫描电子显微镜工作原理、构造与主要功能，像衬原理，二次电子像衬度及特点，成分衬度和形貌衬度，电镜在材料研究中的应用;
(8) 原子光谱分析法：原子发射光谱的产生，分析过程，谱线强度，分析仪器组成、分析方法与应用，原子吸收光谱法的原理，测试过程，光吸收定律和吸收系数，原子吸收分光光度计组成，原子吸收定量分析，原子荧光类型和荧光强度;分析仪器组成、分析方法与应用;
(9) 分子光谱分析法：紫外、可见吸收光谱法的基本原理、分光光度计结构及应用，分子荧光光谱的基本原理、荧光光谱仪结构及应用，红外吸收光谱法的基本原理、红外光谱仪的结构及应用;
(10) 电子能谱分析法：俄歇电子的产生，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关表面层化学成分和结构的信息的方法，X射线光电子能谱的基本原理、能谱仪的结构、X射线光电子能谱的分析与应用，紫外光电子能谱的基本原理、分析与应用;
(11) 色谱分析法：色谱法的产生及发展，色谱法的分类，色谱法的特点，色谱法基本原理，色谱图及色谱基本参数;气相色谱仪与分析流程，高效液相色谱法的特点和应用;
(12) 电化学分析法：化学电池及几个概念，电极电位的产生原理及电极电位的测量，指示电极和参比电极，电位滴定法，电解分析的基本原理，电解分析方法和应用，库仑分析法，伏安和极谱分析法概述，极谱分析法，循环伏安法。
4. 参考书目：
1) 《物理化学》上、下册.天津大学物理化学教研室编 李松林等，北京：高等教育出版社.2017年第六版
2) 《物理化学简明教程》北京化工大学编 张丽丹等，北京：高等教育出版社.2011 年第一版
3) 《化工原理》陈敏恒，丛德滋，齐鸣斋，潘鹤林，黄婕 编，化学工业出版社，2020，第五版。
4) 《化学反应工程》朱炳辰主编，化学工业出版社，2013年，第五版。
5) 《材料性能学》(第二版)，付华、张光磊主编，北京大学出版社，2017年
6) 《材料工程基础》，周美玲、谢建新、朱宝泉主编，北京工业大学出版社，2001年
7) 《无机材料化学》，季慧明，天津大学出版社，2014年，第三版
8) 《高分子化学》，潘祖仁，化学工业出版社，2015年
9) 《高分子物理》，金日光等，化学工业出版社，2013年
10) 《现代分析测试技术》祁景玉，同济大学出版社2006年，第一版
11) 《材料现代分析方法》，左演声、陈文哲、梁伟主编，北京工业大学出版社，2015年，第10次印刷
原标题：西北师范大学2024年硕士研究生招生考试自命题科目参考大纲
文章来源：https://yjsy.nwnu.edu.cn/_t334/2023/0725/c2701a214730/page.htm
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