Question

BGO是我國研制的一種閃爍晶體材料，曾用于諾貝爾獎獲得者丁肇中的著名實驗，它是鍺酸鉍的簡稱。若知：①在BGO中鍺處于最高價態，②在BGO中，鉍的價態與鉍跟氯形成某種共價氯化物時所呈的價態相同，在此氯化物中鉍具有最外層8電子穩定結構③BGO可看成是由鍺和鉍兩種元素的氧化物所形成的復雜氧化物，且在BGO晶體的化學式中，這兩種氧化物中所含氧的總質量相同，請填空：
（1）鍺和鉍的元素符號分別是      和       
（2）BGO晶體的化學式是       
（3）BGO晶體中所含鉍的氧化物的化學式是      。

Answer 1

（l）Ge、Bi
（2）Bi₄（GeO₄）₃、（或 Bi₄Ge₃O₁₂或2Bi₂O₃·3GeO₂）
（3）Bi₂O₃

試題首先通過BGO是鍺酸鉍的簡稱向同學們傳遞了BGO的元素組成：鉍（Bi）、鍺（Ge）氧（O），由此根據元素周期表的知識可知鉍是第VA族，鍺是Ⅳ族元素。隨后在信息（1）中又指示了鍺處于其最高價（＋4價），再及時由原硅酸H₃SiO₄推知鍺酸根應為GeO。信息（2）實質上指示了在BGO中鉍（Bi）的價態為十3價，因為鉍（Bi）原子最外層有5個電子，只有與3個氯原子形成BiCl₃的共價化合物時，才能滿足Bi的最外層達到8電子的穩定結構，因此在BGO中鉍以 Bi³⁺形式存在。這樣，根據（1）、（2）兩個信息結合已有知識就能得出BGO晶體化學式的一種形式：鍺酸鉍Bi₄（GeO₄）₃，首先可以把鍺酸鉍按Bi、Ge、O的順序整理為Bi₄ Ge₃O₁₂的形式。然后由含氧量相同，再結合鉍、鍺各自化合價，自然導出2Bi₂O₃，3GeO₂的形式。這三種形式中的任意一種都是本題第（2）問的正確答案。第（3）問比較簡單，只要讀出信息（2）中鉍的化合價為正三價就能正確寫出BGO晶體中鉍的氧化物的化學式應為Bi₂O₃。
本題屬于信息遷移式試題，著重考查了運用元素周期律、周期表的基礎知識進行信息加工、轉換與綜合應用的能力。鍺（Ge）和鉍（Bi）分別是高中教材中元素周期律、周期表后學習的第ⅣA、VA族主族元素，在學習與總復習過程中要善于通過代表元素性質的學習，推論長周期中相應同主族元素性質及其重要化合物的性質及化學式，才能適時地與試題中的相關信息進行聯想、轉換，通過類比與求同思維得出正確結論。