Question

【题目】NF3是微电子工业中常用的一种等离子蚀刻气体，具有较强的氧化性，工业生产NF3常用的方法有气一液反应法、气一固反应法和电解法等。

（1）气一液反应法中发生的主反应和副反应包括：

3F2(g)+NH3(l)=NF3(g)+3HF(l) △H1

3F2(g)+NH4HF2(l)=NF3(g)+5HF(l) △H2

4F2(g)+2NH3(l)=N2F2(g)+6HF(l) △H3

NH3(l)+2HF(l)=NH4HF2(l) △H4

△H1=_____。部分键能数据如下表所示，△H3=_____kJ/mol。

化学键	N-N	N=N	NN	H-F	F-F	N-H	N-F
键能（kJ/mol）	159	456	946	565	153	389	272

（2）气一固反应法主要包括两步反应：

(NH4)3AlF6(s)+6F2(g)2NF3(g)+8HF(g)+NH4AlF4(s) 反应Ⅰ

NH4AlF4(s)+3F2(g)NF3(g)+4HF(g)+ AlF3(s) 反应Ⅱ

反应I的平衡常数K1和反应II的平衡常数的关系是___。若在恒温、恒容的密闭容器中模拟气一固反应法（固体足量)，起始时F2的浓度为5mol/L，反应过程中容器中压强一随时间变化曲线如图所示，则前2min的平均反应速率v(NF3)=___mol/(Lmin)，该温度下K2=___。

（3）电解法是通过电解含氟的熔融盐生产NF3，其原理如图所示。a需要接电源的____(填“正极”或“负极”)，生成气体A的电极反应是____。

（4）用NF3对多晶硅电子元件进行蚀刻时不会在电子元件表面形成任何残留物，其原因是_____。（用化学用语解释）

Answer 1

【答案】△H2+△H4 -1444 K1=K22 0.25 400mol2/L2 正极 NH4+-6e-+3F-=NF3+4H+或NH4+-6e-+7F-=NF3+4HF 4NF3+3Si=2N2↑+3SiF4↑

【解析】

(1)已知：②3F2(g)+NH4HF2(l)=NF3(g)+5HF(l) △H2

④NH3(l)+2HF(l)=NH4HF2(l) △H4

根据盖斯定律，由②+④得反应3F2(g)+NH3(l)=NF3(g)+3HF(l) △H1=△H2+△H4；

N2F2的结构式是F-N=N-F，反应热=反应物总键能-生成物总键能，因此△H3=4×153+6×389-6×565-2×272-456=-1444kJ/mol；

(2) 根据反应(NH4)3AlF6(s)+6F2(g)2NF3(g)+8HF(g)+NH4AlF4(s)可得K1=；

根据反应NH4AlF4(s)+3F2(g)NF3(g)+4HF(g)+ AlF3(s)可得K2=；

故K1=K22；

恒温、恒容的密闭容器中压强之比等于气体的总物质的量浓度之比，因此2min时容器中气体总浓度为6mol/L，平衡时气体总浓度为7.5mol/L。两个反应中三种气体的化学计量数之比相同，计算浓度时可根据一个计算；

NH4AlF4(s)+3F2(g)NF3(g)+4HF(g)+ AlF3(s) △c

3 1 4 2

2min内浓度变化 0.5mol/L (6-5)mol/L

因此v(NF3)=0.25mol/(Lmin)；

用同样的方法可算出平衡时F2(g)、NF3(g)、HF(g)的浓度依次是1.25mol/L、1.25mol/L、5mol/L，因此K2==400mol2/L2；

（3）根据图中信息可知，氢离子向b电极移动，则b为阴极。a为阳极，需要接电源的正极，阳极NH4+失电子产生NF3，生成气体A的电极反应是NH4+-6e-+3F-=NF3+4H+或NH4+-6e-+7F-=NF3+4HF；

（4）用NF3对多晶硅电子元件进行蚀刻时不会在电子元件表面形成任何残留物，因发生反应4NF3+3Si=2N2↑+3SiF4↑。