Question

现今太阳能光伏产业蓬勃发展，推动了高纯硅的生产与应用。回答下列问题：

Ⅰ．工业上用“西门子法”以硅石（SiO₂）为原料制备冶金级高纯硅的工艺流程如下图所示：

己知：SiHCl₃ 室温下为易挥发、易水解的无色液体。

（1）“还原”过程需要在高温条件下，该反应的主要还原产物为_____________。

（2）“氧化”过程反应温度为200～300℃，该反应的化学方程式为__________。

（3）“氧化”、“分离”与“热解”的过程均需要在无水、无氧的条件下，原因是_________________。

（4）上述生产工艺中可循环使用的物质是_________、________（填化学式）。

Ⅱ．冶金级高纯硅中常含有微量的杂质元素，比如铁、硼等，需对其进行测定并除杂，以进一步提高硅的纯度。

（5）测定冶金级高纯硅中铁元素含量

将m g 样品用氢氟酸和硝酸溶解处理，配成V mL 溶液，用羟胺（NH₂OH，难电离）将Fe³⁺还原为Fe²⁺后，加入二氮杂菲，形成红色物质。利用吸光度法测得吸光度A 为0.500（吸光度A与Fe²⁺浓度对应曲线如图）。

① 酸性条件下，羟胺将Fe³⁺还原为Fe²⁺，同时产生一种无污染气体，该反应的离子方程式为__________________________________。

② 样品中铁元素的质量分数表达式为____________________（用字母表示）。

（6）利用氧化挥发法除冶金级高纯硅中的硼元素

采用Ar等离子焰，分别加入O₂或CO₂，研究硼元素的去除率和硅元素的损失率，实验结果如下图所示。在实际生产过程，应调节O₂或CO₂的合理比例的原因是________________。

Answer

Si (或 硅) Si ＋ 3HClSiHCl3 ＋ H2 (用不扣分) SiHCl3易水解而损失；氢气易燃或硅易被氧气氧化 H2 HCl 2NH2OH ＋ 2Fe3＋ ＝ 2Fe2＋ ＋ N2↑ ＋ 2H＋ ＋ 2H2O O2 含量多除硼率高但硅损失率大；CO2含量多时硅损失率小但除硼率低。因此要调节好它们的比例，使除硼率高而硅损失率低

【解析】Ⅰ．（1）“还原”过程硅石二氧化硅与镁反应生成硅和氧化镁，需要在高温条件下，该反应的主要还原产物为硅；（2）“氧化”过程反应温度为200～300 ℃ ，硅被氯化氢氧化，该反应的化学方程式为Si ＋ 3HClSiHCl3 ＋ H2；（3）“氧化”、“分离”与“热解”的过程均需要在无水、无氧的条件下，因为SiHCl3易水解而损失；氢气易燃或硅易被氧气氧化；（4）上述生产工艺中可循环使用的物质是H2、HCl；

Ⅱ．（5）① 酸性条件下，羟胺将Fe3+还原为Fe 2+，同时产生一种无污染气体氮气，该反应的离子方程式为：2NH2OH ＋ 2Fe3＋ ＝ 2Fe2＋ ＋ N2↑ ＋ 2H＋ ＋ 2H2O；②吸光度A 为0.500，则Fe2+浓度为0.500×10-3mol/L，样品中铁元素的质量分数为=；（6）O2 含量多除硼率高但硅损失率大；CO2含量多时硅损失率小但除硼率低。因此要调节好它们的比例，使除硼率高而硅损失率低，故在实际生产过程，应调节O2或CO2的合理比例。