Question

【題目】現今太陽能光伏產業蓬勃發展，推動了高純硅的生產與應用。回答下列問題：

Ⅰ．工業上用“西門子法”以硅石（SiO2）為原料制備冶金級高純硅的工藝流程如下圖所示：

己知：SiHCl3 室溫下為易揮發、易水解的無色液體。

（1）“還原”過程需要在高溫條件下，該反應的主要還原產物為_____________。

（2）“氧化”過程反應溫度為200～300℃，該反應的化學方程式為__________。

（3）“氧化”、“分離”與“熱解”的過程均需要在無水、無氧的條件下，原因是_________________。

（4）上述生產工藝中可循環使用的物質是_________、________（填化學式）。

Ⅱ．冶金級高純硅中常含有微量的雜質元素，比如鐵、硼等，需對其進行測定并除雜，以進一步提高硅的純度。

（5）測定冶金級高純硅中鐵元素含量

將m g 樣品用氫氟酸和硝酸溶解處理，配成V mL 溶液，用羥胺（NH2OH，難電離）將Fe3+還原為Fe2+后，加入二氮雜菲，形成紅色物質。利用吸光度法測得吸光度A 為0.500（吸光度A與Fe2+濃度對應曲線如圖）。

① 酸性條件下，羥胺將Fe3+還原為Fe2+，同時產生一種無污染氣體，該反應的離子方程式為__________________________________。

② 樣品中鐵元素的質量分數表達式為____________________（用字母表示）。

（6）利用氧化揮發法除冶金級高純硅中的硼元素

采用Ar等離子焰，分別加入O2或CO2，研究硼元素的去除率和硅元素的損失率，實驗結果如下圖所示。在實際生產過程，應調節O2或CO2的合理比例的原因是________________。

Answer 1

【答案】 Si (或 硅) Si ＋ 3HClSiHCl3 ＋ H2 (用不扣分) SiHCl3易水解而損失；氫氣易燃或硅易被氧氣氧化 H2 HCl 2NH2OH ＋ 2Fe3＋ ＝ 2Fe2＋ ＋ N2↑ ＋ 2H＋ ＋ 2H2O O2 含量多除硼率高但硅損失率大；CO2含量多時硅損失率小但除硼率低。因此要調節好它們的比例，使除硼率高而硅損失率低

【解析】Ⅰ．（1）“還原”過程硅石二氧化硅與鎂反應生成硅和氧化鎂，需要在高溫條件下，該反應的主要還原產物為硅；（2）“氧化”過程反應溫度為200～300 ℃ ，硅被氯化氫氧化，該反應的化學方程式為Si ＋ 3HClSiHCl3 ＋ H2；（3）“氧化”、“分離”與“熱解”的過程均需要在無水、無氧的條件下，因為SiHCl3易水解而損失；氫氣易燃或硅易被氧氣氧化；（4）上述生產工藝中可循環使用的物質是H2、HCl；

Ⅱ．（5）① 酸性條件下，羥胺將Fe3+還原為Fe 2+，同時產生一種無污染氣體氮氣，該反應的離子方程式為：2NH2OH ＋ 2Fe3＋ ＝ 2Fe2＋ ＋ N2↑ ＋ 2H＋ ＋ 2H2O；②吸光度A 為0.500，則Fe2+濃度為0.500×10-3mol/L，樣品中鐵元素的質量分數為=；（6）O2 含量多除硼率高但硅損失率大；CO2含量多時硅損失率小但除硼率低。因此要調節好它們的比例，使除硼率高而硅損失率低，故在實際生產過程，應調節O2或CO2的合理比例。