Question

多晶硅是广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。以下是由石英砂制备多晶硅的简易过程。

回答下列问题：

(1)反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______。反应②中生成SiHCl₃的化学方程式为___________。分离混合物采用的方法为蒸馏，其原理是利用了物质的______不同。

(2)反应③氢化过程中所需的高纯度H₂可通过电解精制的饱和食盐水制得，电解过程中同时生成一种黄绿色的气体和一种易溶、易电离的碱，电解反应的离子方程式是________。粗盐水精制过程中，为有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2- 等杂质，要按__________顺序（填标号）加入下列溶液：a.NaOH  b.Na₂CO₃  c.BaCl₂，过滤后再向滤液中加________调节pH。

(3)反应④中H₂还原SiHCl₃过程中若混入O₂，除可能引起爆炸外，还可能引起_____。由粗硅制备多晶硅的过程中，循环使用的物质除SiCl₄、SiHCl₃和Si外，还有__________(填分子式)。

Answer

1：2 Si+3HClSiHCl3+H2 沸点 2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- acb或cab或cba 盐酸 Si与O2反应导致产物不纯 HCl、H2

【解析】

石英砂主要成分是SiO2，SiO2与焦炭在高温下反应产生粗硅，粗硅中的Si单质与HCl在300℃时反应产生SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl和H2，这些物质中SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl为液体，采用蒸馏方法分离液体混合物，生成物中SiHCl3与H2在高温下发生还原反应制得精硅和HCl，H2采用电解饱和食盐水的方法制取得到，粗盐水精制过程中，为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42- 等杂质，要先加入BaCl2把SO42- 除去，再通过加入Na2CO3除去Ca2+及Ba2+，最后加入NaOH除去Mg2+，过滤后再向滤液中加盐酸调节pH得到。

(1)反应①是SiO2与焦炭造高温下发生反应：SiO2+2C2CO↑+Si，在该反应中，C作还原剂，失去电子，被氧化产生CO；SiO2作氧化剂，得到电子被还原产生Si单质，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2。反应②中Si与HCl在加热条件下反应生成SiHCl3，反应的化学方程式为Si＋3HClSiHCl3＋H2。分离沸点不同的混合物采用的方法为蒸馏，其原理是利用了物质的沸点不同；

(2)反应③氢化过程中所需的高纯度H2可通过电解精制的饱和食盐水制得，电解反应的离子方程式是：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。粗盐水精制过程中，除去Ca2+使用Na2CO3溶液；除去Mg2+使用NaOH ；除去SO42- 使用BaCl2溶液，为除去SO42- ，除杂试剂要过量，就会引入过量的BaCl2溶液，还需再使用Na2CO3溶液除去Ba2+，故可以先加入BaCl2除去SO42- ，再加入NaOH溶液除去Mg2+，最后加入Na2CO3溶液除去Ca2+及Ba2+，将反应产生的BaSO4、Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3沉淀过滤除去，过滤后再向滤液中加适量HCl调节pH，加入顺序为cab；也可以是按acb顺序或cba顺序。

(3)反应④中H2还原SiHCl3过程中若混入O2，除可能引起爆炸外，还可能会发生Si与O2反应产生SiO2而引起产物不纯。发生反应需要HCl、H2为原料，反应又会产生HCl、H2，所以由粗硅制备多晶硅的过程中，循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外，还有HCl、H2。