Question

12．NF₃具有很高的蚀刻速率和选择性，因此NF₃是微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体．在1个标准大气压下，NF₃的沸点为-129.0℃，能与空气中的水蒸气反应生成HF、NO和HNO₃．NF₃可通过如下方法制备：
（1）气-气反应：常温下，将OF₂与干燥的空气混合即得NO₂和NF₃．
①原料OF₂中氧元素的化合价为+2．
②已知反应中每消耗1molN₂转移7mol电子，配平反应：
6OF₂+4N₂+1O₂═4NO₂+4NF₃．
（2）气-固反应：由于气-气反应容易腐蚀设备，研究人员提出用气-固制备NF₃．
气-固反应包括如下两个步骤：
（NH₄）₃AlF₆+6F₂═2NH₃+8HF+NH₄AlF₄   NH₄AlF₄+3F₂═NF₃+4HF+AlF₃
①若有0.5mol（NH₄）₃AlF₆完全氧化，则可制得NF₃33.6LL（标准状况下）．
②若要制备1.5mol NF₃，共有9mol电子发生转移．
（3）电解法：NF₃电解制备工艺已经比较成熟，国外一些公司均采用点解熔融NH₄F•xHF的方法制备NF₄．
①点解过程中阳极反应式为NH₄⁺-6e-+3F^-═NF₃↑+4H⁺．
②阳极上的主要副产物为F₂（不考虑产物与电极材料的反应）．
（4）NF₃在空气中泄露，还是易于发现的．判断发生了NF₃泄露的现象是观察到有红棕色气体和白雾产生．

Answer 1

分析 （1）①原料OF₂中氟的电负比氧强，所以氧元素的化合价显正价，氟元素显负价；
②由①知NF₃中氮元素的化合价为+3，而反应中每消耗1molN₂转移7mol电子，用待定系数和得失电子守恒分析解答；
（2）①Ⅰ、（NH₄）₃AlF₆+6F₂═2NH₃+8HF+NH₄AlF₄；Ⅱ、NH₄AlF₄+3F₂═NF₃+4HF+AlF₃
消去中间产物NH₄AlF₄，Ⅰ+Ⅱ得总反应方程式为（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃，同时得当有0.5mol （NH₄）₃AlF₆完全被氧化可得1.5molNF₃，根据V=nV_m进行计算；
②由反应方程式（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃可知，制备3molNF₃，共转移18mol电子，因此制备1.5molNF₃，共有9mol电子发生转移；
（3）①电解过程中阳极发生氧化反应；
②阳极上能发生氧化反应的微粒还有F^-，所以F^-发生氧化反应后得F₂；
（4）NF₃与空气中的水蒸气反应的产物有HF、NO和HNO₃，NO遇空气呈红综色，同时氢氟酸、硝酸小液滴在空气中产生白雾．

解答 解：（1）①由于氟的非金属性强于氧的，氟和氧成键时共用电子对偏向氟，因此OF₂中氧元素呈+2价，故答案为：+2；　
②OF₂中氧元素呈+2价，同理知NF₃中氮元素的化合价为+3，根据题意知OF₂+N₂+O₂→NO₂+NF₃，设当有1molN₂反应时，生成NO₂xmol，NF₃ymol，根据N原子守恒得x+y=2，根据得失电子守恒得4x+3y=7，联立解得x=y=1，由此可知反应的化学方程式为6OF₂+4N₂+O₂═4NO₂+4NF₃，故答案为：6，4，1，4，4；
（2）①Ⅰ、（NH₄）₃AlF₆+6F₂═2NH₃+8HF+NH₄AlF₄；Ⅱ、NH₄AlF₄+3F₂═NF₃+4HF+AlF₃
消去中间产物NH₄AlF₄，Ⅰ+Ⅱ得总反应方程式为（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃，同时得当有0.5mol （NH₄）₃AlF₆完全被氧化可得1.5molNF₃，则V=nV_m=1.5mol×22.4L/mol=33.6L，故答案为：33.6L；
②由反应方程式（NH₄）₃AlF₆+9F₂═3NF₃+12HF+AlF₃可知，制备3molNF₃，共转移18mol电子，因此制备1.5molNF₃，共有9mol电子发生转移，故答案为：9；
（3）①电解过程中阳极发生氧化反应，因为NF₃是NH₄⁺在阳极被氧化所得，电极反应式为NH₄⁺-6e-+3F^-═NF₃↑+4H⁺，故答案为：NH₄⁺-6e-+3F^-═NF₃↑+4H⁺；
②阳极上能发生氧化反应的微粒还有F^-，所以F^-发生氧化反应后得F₂，故答案为：F₂；
（4）NF₃与空气中的水蒸气反应的产物有HF、NO和HNO₃，NO遇空气呈红综色，同时氢氟酸、硝酸小液滴在空气中产生白雾，所以现象为：有红棕色气体和白雾产生，故答案为：观察到有红棕色气体和白雾产生．

点评 本题考查氧化还原反应，为高考高频考点，把握反应中元素的化合价变化为解答的关键，侧重氧化还原反应中基本概念及转移电子数目的考查，注意规律性知识的应用，题目难度不大．