Question

12．NF₃具有很高的蝕刻速率和選擇性，因此NF₃是微電子工業(yè)中一種優(yōu)良的等離子蝕刻氣體．在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，NF₃的沸點(diǎn)為-129.0℃，能與空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成HF、NO和HNO₃．NF₃可通過如下方法制備：
（1）氣-氣反應(yīng)：常溫下，將OF₂與干燥的空氣混合即得NO₂和NF₃．
①原料OF₂中氧元素的化合價(jià)為+2．
②已知反應(yīng)中每消耗1molN₂轉(zhuǎn)移7mol電子，配平反應(yīng)：
6OF₂+4N₂+1O₂═4NO₂+4NF₃．
（2）氣-固反應(yīng)：由于氣-氣反應(yīng)容易腐蝕設(shè)備，研究人員提出用氣-固制備NF₃．
氣-固反應(yīng)包括如下兩個(gè)步驟：
（NH₄）₃AlF₆+6F₂═2NH₃+8HF+NH₄AlF₄   NH₄AlF₄+3F₂═NF₃+4HF+AlF₃
①若有0.5mol（NH₄）₃AlF₆完全氧化，則可制得NF₃33.6LL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
②若要制備1.5mol NF₃，共有9mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．
（3）電解法：NF₃電解制備工藝已經(jīng)比較成熟，國外一些公司均采用點(diǎn)解熔融NH₄F•xHF的方法制備NF₄．
①點(diǎn)解過程中陽極反應(yīng)式為NH₄⁺-6e-+3F^-═NF₃↑+4H⁺．
②陽極上的主要副產(chǎn)物為F₂（不考慮產(chǎn)物與電極材料的反應(yīng)）．
（4）NF₃在空氣中泄露，還是易于發(fā)現(xiàn)的．判斷發(fā)生了NF₃泄露的現(xiàn)象是觀察到有紅棕色氣體和白霧產(chǎn)生．

Answer 1

分析 （1）①原料OF₂中氟的電負(fù)比氧強(qiáng)，所以氧元素的化合價(jià)顯正價(jià)，氟元素顯負(fù)價(jià)；
②由①知NF₃中氮元素的化合價(jià)為+3，而反應(yīng)中每消耗1molN₂轉(zhuǎn)移7mol電子，用待定系數(shù)和得失電子守恒分析解答；
（2）①Ⅰ、（NH₄）₃AlF₆+6F₂═2NH₃+8HF+NH₄AlF₄；Ⅱ、NH₄AlF₄+3F₂═NF₃+4HF+AlF₃
消去中間產(chǎn)物NH₄AlF₄，Ⅰ+Ⅱ得總反應(yīng)方程式為（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃，同時(shí)得當(dāng)有0.5mol （NH₄）₃AlF₆完全被氧化可得1.5molNF₃，根據(jù)V=nV_m進(jìn)行計(jì)算；
②由反應(yīng)方程式（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃可知，制備3molNF₃，共轉(zhuǎn)移18mol電子，因此制備1.5molNF₃，共有9mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移；
（3）①電解過程中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)；
②陽極上能發(fā)生氧化反應(yīng)的微粒還有F^-，所以F^-發(fā)生氧化反應(yīng)后得F₂；
（4）NF₃與空氣中的水蒸氣反應(yīng)的產(chǎn)物有HF、NO和HNO₃，NO遇空氣呈紅綜色，同時(shí)氫氟酸、硝酸小液滴在空氣中產(chǎn)生白霧．

解答 解：（1）①由于氟的非金屬性強(qiáng)于氧的，氟和氧成鍵時(shí)共用電子對偏向氟，因此OF₂中氧元素呈+2價(jià)，故答案為：+2；　
②OF₂中氧元素呈+2價(jià)，同理知NF₃中氮元素的化合價(jià)為+3，根據(jù)題意知OF₂+N₂+O₂→NO₂+NF₃，設(shè)當(dāng)有1molN₂反應(yīng)時(shí)，生成NO₂xmol，NF₃ymol，根據(jù)N原子守恒得x+y=2，根據(jù)得失電子守恒得4x+3y=7，聯(lián)立解得x=y=1，由此可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為6OF₂+4N₂+O₂═4NO₂+4NF₃，故答案為：6，4，1，4，4；
（2）①Ⅰ、（NH₄）₃AlF₆+6F₂═2NH₃+8HF+NH₄AlF₄；Ⅱ、NH₄AlF₄+3F₂═NF₃+4HF+AlF₃
消去中間產(chǎn)物NH₄AlF₄，Ⅰ+Ⅱ得總反應(yīng)方程式為（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃，同時(shí)得當(dāng)有0.5mol （NH₄）₃AlF₆完全被氧化可得1.5molNF₃，則V=nV_m=1.5mol×22.4L/mol=33.6L，故答案為：33.6L；
②由反應(yīng)方程式（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃可知，制備3molNF₃，共轉(zhuǎn)移18mol電子，因此制備1.5molNF₃，共有9mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，故答案為：9；
（3）①電解過程中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，因?yàn)镹F₃是NH₄⁺在陽極被氧化所得，電極反應(yīng)式為NH₄⁺-6e-+3F^-═NF₃↑+4H⁺，故答案為：NH₄⁺-6e-+3F^-═NF₃↑+4H⁺；
②陽極上能發(fā)生氧化反應(yīng)的微粒還有F^-，所以F^-發(fā)生氧化反應(yīng)后得F₂，故答案為：F₂；
（4）NF₃與空氣中的水蒸氣反應(yīng)的產(chǎn)物有HF、NO和HNO₃，NO遇空氣呈紅綜色，同時(shí)氫氟酸、硝酸小液滴在空氣中產(chǎn)生白霧，所以現(xiàn)象為：有紅棕色氣體和白霧產(chǎn)生，故答案為：觀察到有紅棕色氣體和白霧產(chǎn)生．

點(diǎn)評 本題考查氧化還原反應(yīng)，為高考高頻考點(diǎn)，把握反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化為解答的關(guān)鍵，側(cè)重氧化還原反應(yīng)中基本概念及轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的考查，注意規(guī)律性知識的應(yīng)用，題目難度不大．