Question

獲取知識和信息是現代人不可缺少的素質，信息產業的飛速發展離不開材料科學的推動。信息產業的核心材料是高純度的硅，單晶硅可用來制作大規模集成電路、整流器等，硅純度越高，大規模集成電路的性能就越好。高純度的單晶硅生產方法有：

方法一：三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當前制備高純硅的主要方法，生產過程示意圖如下：

方法二：用金屬硅化物(Mg2Si)與鹽酸作用制得硅烷，再熱分解硅烷可得高純硅。

根據上述信息回答以下問題：

(1)從方法一生產單晶硅的過程看，由焦炭還原得到的硅為何還要進一步處理？_________________________________________________________。

(2)寫出方法二中生產高純硅的兩個化學方程式：

①____________________________________________________________；

②__________________________________________________________。

(3)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學方程式：____________________________________。

(4)在方法一中，整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出配平的化學反應方程式：________________；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是_____________________________________________________。

(5)比較方法一和方法二，分析一下各自的優缺點____________________________________。

 

Answer 1

(1)由C還原SiO2得到的單質硅中，雜質含量過高，將它用HCl、Cl2處理得到低沸點SiHCl3，便于蒸發提純，然后再還原得高純硅

(2)①Mg2Si＋4HCl=2MgCl2＋SiH4↑

②SiH4Si＋2H2

(3)SiHCl3＋H2Si＋3HCl

(4)SiHCl3＋3H2O=H2SiO3＋3HCl＋H2↑

Si被氧化成SiO2而得不到Si單質， H2和O2混合發生爆炸

(5)方法一的優點是原料來源豐富，但與方法二相比，步驟較復雜，方法二的優點是流程簡單，缺點是原料需要制備

【解析】(1)C還原SiO2得到的單質硅是粗硅，雜質的含量高，需要進一步的提純處理；(2)Mg2Si與鹽酸作用生成硅烷，同時生成MgCl2；(3)注意副產物為HCl；(4)SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出配平的化學方程式：SiHCl3＋3H2O=H2SiO3＋H2↑＋3HCl；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是：高溫下，H2遇O2發生爆炸。