Question

【题目】半导体工业需要高纯硅，粗硅中含有SiO2、Fe2O3、CuO、C等杂质，提纯硅的方法比较多，其中三氯氢硅(有一定毒性)氢还原法和四氯化硅氢还原法应用较为广泛，下面是实验室模拟工业上三氯氢硅氢还原法的基本原理：

已知：①Si+3HCl SiHCl3+H2(主要反应)

Si+4HClSiCl4+2H2(次要反应)

2NaCl+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑

②典型硅的重要化合物的部分性质如下表：

	熔点(℃)	沸点(℃)	溶解性
SiHCl3	-127	33	易溶于多数有机溶剂
SiCl4	-23	77	易溶于多数有机溶剂

(1)粗硅在提纯前，需要进行酸、碱预处理，其目的是___________________________________。

(2)下列装置在实验室可用于制备HCl气体的是_____(填字母代号)。

(3)在1100～1200℃条件下，利用图B在石英管中可以获得硅，写出该反应的方程式_______；其烧杯中水的作用是__________________________；该装置使用石英管而不是普通玻璃管的原因是_________。

(4)三氯氢硅氢还原法用 SiHCl3在图B中制硅，不足之处有_______________(任意回答一点即可)。

(5)SiCl4与氢气反应也能得到硅，但反应所需温度不同，在工业上往往将三氯氢硅中混入的SiCl4分离后再与氢气反应，你认为最好的分离方法是______________。

(6)工业上如果用四氯化硅氢还原法制硅，其原理如下：该方法与用三氯氢硅氢还原法比较，其缺点至少有两处，分别是_________________。

Answer 1

【答案】除去粗硅中SiO2、 Fe2O3、 CuO等杂质 a、b SiHCl3+H2 Si+3HCl 加热SiHCl3，以便使之变成蒸汽进入石英管 反应温度较高，普通玻璃不能承受该高温 没有进行尾气处理 蒸馏 使用了有毒气体；三氯氢硅氢还原法中HCl和H2可以直接循环利用，节约了成本，而四氯化硅氢还原法中没有可循环利用的原料

【解析】

通过粗硅中杂质的组成和性质，分析除杂的方法，根据题干信息选择正确的分离方法和实验装置。

(1)根据题干得粗硅中含有杂质，Fe2O3、 CuO能与酸反应，SiO2能与碱反应，故答案为：除去粗硅中SiO2、 Fe2O3、 CuO等杂质；

(2)由题干得，实验室中制备 HCl 气体是用固体NaCl和液体（浓硫酸）加热的反应，可选用装置b，实验室制备HCl也可采用向浓盐酸中滴加浓硫酸，则选用装置a，故可选用的装置为：a、b；

(3)由图示得反应的方程式为： SiHCl3+H2 Si+3HCl； 其烧杯中水的作用是：加热SiHCl3，以便使之变成蒸汽进入石英管； 该装置使用石英管而不是普通玻璃管的原因是：反应温度较高，普通玻璃不能承受该高温；

(4) 由题干信息知三氯氢硅有毒，该装置不足之处在于：没有进行尾气处理；

(5)根据题干信息三氯氢硅和SiCl4沸点相差较大，最好的分离方法是蒸馏；

(6)由上述分析及题干信息知该方案的不足之处在于：使用了有毒气体；三氯氢硅氢还原法中HCl和H2可以直接循环利用，节约了成本，而四氯化硅氢还原法中没有可循环利用的原料。