高中化学经典例题28道详解详析15

springweiwei

[例15] BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：①在BGO中锗处于最高价态，②在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构③BGO可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物中所含氧的总质量相同，请填空：

    （1）锗和铋的元素符号分别是       和        

    （2）BGO晶体的化学式是        

    （3）BGO晶体中所含铋的氧化物的化学式是       。

    [解析]  试题首先通过BGO是锗酸铋的简称向同学们传递了BGO的元素组成：铋（Bi）、锗（Ge）氧（O），由此根据元素周期表的知识可知铋是第VA族，锗是Ⅳ族元素。随后在信息（1）中又指示了锗处于其最高价（＋4价），再及时由原硅酸H3SiO4推知锗酸根应为GeO                              。信息（2）实质上指示了在BGO中铋（Bi）的价态为十3价，因为铋（Bi）原子最外层有5个电子，只有与3个氯原子形成BiCl3的共价化合物时，才能满足Bi的最外层达到8电子的稳定结构，因此在BGO中铋以 Bi3+形式存在。这样，根据（1）、（2）两个信息结合已有知识就能得出BGO晶体化学式的一种形式：锗酸铋Bi4（GeO4）3，首先可以把锗酸铋按Bi、Ge、O的顺序整理为Bi4 Ge3O12的形式。然后由含氧量相同，再结合铋、锗各自化合价，自然导出2Bi2O3，3GeO2的形式。这三种形式中的任意一种都是本题第（2）问的正确答案。第（3）问比较简单，只要读出信息（2）中铋的化合价为正三价就能正确写出BGO晶体中铋的氧化物的化学式应为Bi2O3。

    [答案（l）Ge、Bi

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

         （3）Bi2O3

    [评述] 本题属于信息迁移式试题，着重考查了运用元素周期律、周期表的基础知识进行信息加工、转换与综合应用的能力。锗（Ge）和铋（Bi）分别是高中教材中元素周期律、周期表后学习的第ⅣA、VA族主族元素，在学习与总复习过程中要善于通过代表元素性质的学习，推论长周期中相应同主族元素性质及其重要化合物的性质及化学式，才能适时地与试题中的相关信息进行联想、转换，通过类比与求同思维得出正确结论。