化学自习室移动版

　1、为什么制取粗硅的反应：SiO₂＋2CSi＋2CO↑中，氧化产物不是 CO₂？

首先我们注意到，该反应中碳作为还原剂，把通常情况下还原性比它还强的硅还原出来，这似乎是不可思议的。

该反应之所以能顺利进行，靠的是“熵增效应”(产物中有气体而反应物中无气体)拉动平衡向右移动。无疑，产生的气体量越大则熵增效应越强，有利于反应的进行。同样产生 1mol Si，若氧化产物为 CO则为2mol 气体，若产物为 CO₂则只有1 mol 气体，产物中气体越多则熵增效应越明显，故产生 CO 对反应更加有利。其次，生产中为保证 SiO₂中的硅彻底被还原，应该使用足量的碳，高温下碳可以与CO₂反应，最终产物为 CO。再次，高温下大多数元素的低价态氧化物要比高价态氧化物稳定，从产物稳定性的角度看，也应该得到 CO 而非 CO₂．最后，还有十分重要的一点，高温下Si能不能还原 CO₂呢？要知道，硅的还原性比 碳还要强 一 些，我们知道，高温下碳可以把CO₂ 还原为CO，硅应该更容易还原CO₂，故最终产物为 CO，而不会是 CO₂。

2、提纯硅时先 后 发 生2 个 反 应：Si＋2Cl₂SiCl₄、SiCl₄＋2H₂Si＋4HCl，具体是怎样把硅提纯的呢？

半导体行业(如计算机制造业等)要求使用极纯的晶体硅，可以说硅的纯度决定着计算机的运行速度、运算的精准度等。目前，一般使用的晶体硅纯度达到“6个9”，即99．9999％。如此高的纯度要求，用一 般的提纯方法很难实现。科学家想出一个非常奇妙的办法，利用 SiCl₄呈液态(沸点57.6℃)这一特点，通过反复蒸馏提纯获得高纯度的SiCl₄，再用高纯氢还原SiCl₄以获得高纯度的单质硅，反应流程如图1所示。

其实，这样获得的硅也还达不到计算机制造要求，工业上还要利用局部熔融法进一步对其提纯，如图2所示．

在硅棒 AB 外，从 A 到 B 缓慢移动电炉，电炉所到之处硅被加热到熔化，电炉过后则硅再次结晶析出(固化)，最终硅棒内的微量杂质被熔化的硅带到B端。其具体原理与溶液中溶质粒子浓度引起的凝固点下降这一特别性质有关，对此原理感兴趣的同学可以在课外深入学习(稀溶液的依数性)。

3、太阳能电池如何产生电流？

太阳能电池又叫光伏电池，要理解光伏电池的工作原理，首先要知道 N 型半导体和 P 型半导体的概念。N 型半导体(电子型半导体)和 P 型半导体(空穴型半导体)都是在纯硅中进行适量掺杂形成的。在晶体硅中掺入少量磷，由于磷有 5 个价电子，比硅多1个，这样晶体中磷原子替代了部分硅原子的位置后，与周围硅原子只形成4条键，就多出1 个价电子，这种半导体正是 靠 这些多出的电子运动导电的，叫 N 型半导体。

若在硅中掺杂的不是磷而是硼，由于硼只有3个价电子，硼原子与周围硅原子形成4 条键时，就会有其中的1条键上少1个电子，多出1个空穴(2个原子间只有1个单电子，相对于别的键就少 1 个电子，可看作有1个能容纳电子的空位，物理学上称这个空的位置为“空穴”)，在外电场作用下，周边键上的电子可以移动到此位置，这个电子原来的位置就空了出来，成为新的空穴，看上去似乎是空穴移动了一样，叫做“空穴导电”，这种空穴型半导体叫 P型半导体。

光伏电池就是把1块 N 型半导体和1块 P 型半导体紧靠在一起，分别接上导线形成的(如图3)。工作时，光照在 N 型半导体表面上，受光的能量激发，N 型半导体内电子可以从晶体中逸出进入导线(称为“光生电子”)，沿着导线流入P型半导体一端填充空穴。

也许你会这样想：空穴被填满了，原来缺电子的键就稳定了，等 P 型半导体内的空穴填满以后，电池寿命就结束了，其实这是一种错觉。因为 P 型半导体也好，N 型半导体也好，它们本身本来都是电中性的，现在有电子进入，必然打破平衡态，在2 片半导体间形成电势差，P型半导体中的电子会透过界面进入上层的 N 型半导体内。

这样一来，只要有阳光照射，电子就会源源不断地循环流动，将太阳辐射能直接转换成电能。虽然太阳能的能量密度相对较低，但若把许多个电池串联或并联起来就可以成为有较大输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性等优点。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，就可以一次投资而长期使用。另外，与火力发电、核能发电相比，太阳能电池的使用不会引起环境污染。