Question

【題目】多晶硅是廣泛用于制造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎材料。以下是由石英砂制備多晶硅的簡易過程。

回答下列問題：

(1)反應①中氧化劑與還原劑的物質的量之比為_______。反應②中生成SiHCl3的化學方程式為___________。分離混合物采用的方法為蒸餾，其原理是利用了物質的______不同。

(2)反應③氫化過程中所需的高純度H2可通過電解精制的飽和食鹽水制得，電解過程中同時生成一種黃綠色的氣體和一種易溶、易電離的堿，電解反應的離子方程式是________。粗鹽水精制過程中，為有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質，要按__________順序（填標號）加入下列溶液：a.NaOH b.Na2CO3 c.BaCl2，過濾后再向濾液中加________調節(jié)pH。

(3)反應④中H2還原SiHCl3過程中若混入O2，除可能引起爆炸外，還可能引起_____。由粗硅制備多晶硅的過程中，循環(huán)使用的物質除SiCl4、SiHCl3和Si外，還有__________(填分子式)。

Answer 1

【答案】1：2 Si+3HClSiHCl3+H2 沸點 2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- acb或cab或cba 鹽酸 Si與O2反應導致產物不純 HCl、H2

【解析】

石英砂主要成分是SiO2，SiO2與焦炭在高溫下反應產生粗硅，粗硅中的Si單質與HCl在300℃時反應產生SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl和H2，這些物質中SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl為液體，采用蒸餾方法分離液體混合物，生成物中SiHCl3與H2在高溫下發(fā)生還原反應制得精硅和HCl，H2采用電解飽和食鹽水的方法制取得到，粗鹽水精制過程中，為有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質，要先加入BaCl2把SO42-除去，再通過加入Na2CO3除去Ca2+及Ba2+，最后加入NaOH除去Mg2+，過濾后再向濾液中加鹽酸調節(jié)pH得到。

(1)反應①是SiO2與焦炭造高溫下發(fā)生反應：SiO2+2C2CO↑+Si，在該反應中，C作還原劑，失去電子，被氧化產生CO；SiO2作氧化劑，得到電子被還原產生Si單質，所以氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：2。反應②中Si與HCl在加熱條件下反應生成SiHCl3，反應的化學方程式為Si＋3HClSiHCl3＋H2。分離沸點不同的混合物采用的方法為蒸餾，其原理是利用了物質的沸點不同；

(2)反應③氫化過程中所需的高純度H2可通過電解精制的飽和食鹽水制得，電解反應的離子方程式是：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。粗鹽水精制過程中，除去Ca2+使用Na2CO3溶液；除去Mg2+使用NaOH ；除去SO42-使用BaCl2溶液，為除去SO42-，除雜試劑要過量，就會引入過量的BaCl2溶液，還需再使用Na2CO3溶液除去Ba2+，故可以先加入BaCl2除去SO42-，再加入NaOH溶液除去Mg2+，最后加入Na2CO3溶液除去Ca2+及Ba2+，將反應產生的BaSO4、Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3沉淀過濾除去，過濾后再向濾液中加適量HCl調節(jié)pH，加入順序為cab；也可以是按acb順序或cba順序。

(3)反應④中H2還原SiHCl3過程中若混入O2，除可能引起爆炸外，還可能會發(fā)生Si與O2反應產生SiO2而引起產物不純。發(fā)生反應需要HCl、H2為原料，反應又會產生HCl、H2，所以由粗硅制備多晶硅的過程中，循環(huán)使用的物質除SiCl4、SiHCl3和Si外，還有HCl、H2。