Question

【題目】現(xiàn)今太陽能光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，推動了高純硅的生產(chǎn)與應(yīng)用�；卮鹣铝袉栴}：

Ⅰ．工業(yè)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(fā)、易水解的無色液體。

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

（2）“氧化”過程反應(yīng)溫度為200～300℃，該反應(yīng)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(chǎn)工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是_________、________（填化學式）。

Ⅱ．冶金級高純硅中常含有微量的雜質(zhì)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(zhì)。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(yīng)曲線如圖）。

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

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

（6）利用氧化揮發(fā)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(jié)果如下圖所示。在實際生產(chǎn)過程，應(yīng)調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(yīng)生成硅和氧化鎂，需要在高溫條件下，該反應(yīng)的主要還原產(chǎn)物為硅；（2）“氧化”過程反應(yīng)溫度為200～300 ℃ ，硅被氯化氫氧化，該反應(yīng)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(chǎn)工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是H2、HCl；

Ⅱ．（5）① 酸性條件下，羥胺將Fe3+還原為Fe 2+，同時產(chǎn)生一種無污染氣體氮氣，該反應(yīng)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(zhì)量分數(shù)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(diào)節(jié)好它們的比例，使除硼率高而硅損失率低，故在實際生產(chǎn)過程，應(yīng)調(diào)節(jié)O2或CO2的合理比例。