Question

【題目】半導(dǎo)體工業(yè)需要高純硅，粗硅中含有SiO2、Fe2O3、CuO、C等雜質(zhì)，提純硅的方法比較多，其中三氯氫硅(有一定毒性)氫還原法和四氯化硅氫還原法應(yīng)用較為廣泛，下面是實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上三氯氫硅氫還原法的基本原理：

已知：①Si+3HCl SiHCl3+H2(主要反應(yīng))

Si+4HClSiCl4+2H2(次要反應(yīng))

2NaCl+H2SO4(濃)Na2SO4+2HCl↑

②典型硅的重要化合物的部分性質(zhì)如下表：

	熔點(diǎn)(℃)	沸點(diǎn)(℃)	溶解性
SiHCl3	-127	33	易溶于多數(shù)有機(jī)溶劑
SiCl4	-23	77	易溶于多數(shù)有機(jī)溶劑

(1)粗硅在提純前，需要進(jìn)行酸、堿預(yù)處理，其目的是___________________________________。

(2)下列裝置在實(shí)驗(yàn)室可用于制備HCl氣體的是_____(填字母代號(hào))。

(3)在1100～1200℃條件下，利用圖B在石英管中可以獲得硅，寫出該反應(yīng)的方程式_______；其燒杯中水的作用是__________________________；該裝置使用石英管而不是普通玻璃管的原因是_________。

(4)三氯氫硅氫還原法用 SiHCl3在圖B中制硅，不足之處有_______________(任意回答一點(diǎn)即可)。

(5)SiCl4與氫氣反應(yīng)也能得到硅，但反應(yīng)所需溫度不同，在工業(yè)上往往將三氯氫硅中混入的SiCl4分離后再與氫氣反應(yīng)，你認(rèn)為最好的分離方法是______________。

(6)工業(yè)上如果用四氯化硅氫還原法制硅，其原理如下：該方法與用三氯氫硅氫還原法比較，其缺點(diǎn)至少有兩處，分別是_________________。

Answer 1

【答案】除去粗硅中SiO2、 Fe2O3、 CuO等雜質(zhì) a、b SiHCl3+H2 Si+3HCl 加熱SiHCl3，以便使之變成蒸汽進(jìn)入石英管 反應(yīng)溫度較高，普通玻璃不能承受該高溫 沒有進(jìn)行尾氣處理 蒸餾 使用了有毒氣體；三氯氫硅氫還原法中HCl和H2可以直接循環(huán)利用，節(jié)約了成本，而四氯化硅氫還原法中沒有可循環(huán)利用的原料

【解析】

通過粗硅中雜質(zhì)的組成和性質(zhì)，分析除雜的方法，根據(jù)題干信息選擇正確的分離方法和實(shí)驗(yàn)裝置。

(1)根據(jù)題干得粗硅中含有雜質(zhì)，F(xiàn)e2O3、 CuO能與酸反應(yīng)，SiO2能與堿反應(yīng)，故答案為：除去粗硅中SiO2、 Fe2O3、 CuO等雜質(zhì)；

(2)由題干得，實(shí)驗(yàn)室中制備 HCl 氣體是用固體NaCl和液體（濃硫酸）加熱的反應(yīng)，可選用裝置b，實(shí)驗(yàn)室制備HCl也可采用向濃鹽酸中滴加濃硫酸，則選用裝置a，故可選用的裝置為：a、b；

(3)由圖示得反應(yīng)的方程式為： SiHCl3+H2 Si+3HCl； 其燒杯中水的作用是：加熱SiHCl3，以便使之變成蒸汽進(jìn)入石英管； 該裝置使用石英管而不是普通玻璃管的原因是：反應(yīng)溫度較高，普通玻璃不能承受該高溫；

(4) 由題干信息知三氯氫硅有毒，該裝置不足之處在于：沒有進(jìn)行尾氣處理；

(5)根據(jù)題干信息三氯氫硅和SiCl4沸點(diǎn)相差較大，最好的分離方法是蒸餾；

(6)由上述分析及題干信息知該方案的不足之處在于：使用了有毒氣體；三氯氫硅氫還原法中HCl和H2可以直接循環(huán)利用，節(jié)約了成本，而四氯化硅氫還原法中沒有可循環(huán)利用的原料。