Question

（2009?廣東）甲酸甲酯水解反應(yīng)方程式為：
HCOOCH₃（l）+H₂O（l）HCOOH（l）+CH₃OH（l）△H＞0
某小組通過實(shí)驗(yàn)研究該反應(yīng)（反應(yīng)過程中體積變化忽略不計(jì)）．反應(yīng)體系中各組分的起始量如下表：

甲酸甲酯轉(zhuǎn)化率在溫度T₁下隨反應(yīng)時(shí)間（t）的變化如下圖：
（1）根據(jù)上述條件，計(jì)算不同時(shí)間范圍內(nèi)甲酸甲酯的平均反應(yīng)速率，結(jié)果見下表：

請(qǐng)計(jì)算15～20min范圍內(nèi)甲酸甲酯的減少量為

0.045

mol，甲酸甲酯的平均反應(yīng)速率為

0.009

mol?min^-1（不要求寫出計(jì)算過程）．
（2）依據(jù)以上數(shù)據(jù)，寫出該反應(yīng)的反應(yīng)速率在不同階段的變化規(guī)律及其原因：

①反應(yīng)初期：雖然甲酸甲酯的量較大，但甲酸量很小，催化效果不明顯，反應(yīng)速率較慢．
②反應(yīng)中期：甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應(yīng)速率明顯增大．
③反應(yīng)后期：甲酸量增加到一定程度后，濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響成主導(dǎo)因素，特別是逆反應(yīng)速率的增大，使總反應(yīng)速率逐漸減小，直至為零．

．
（3）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c(HCOOH)?c(CH3OH)

c(HCOOCH3)?c(H2O)

，則該反應(yīng)在溫度T₁下的K值為

1

7

．
（4）其他條件不變，僅改變溫度為T₂（T₂大于T₁），在答題卡框圖中畫出溫度T₂下甲酸甲酯轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時(shí)間變化的預(yù)期結(jié)果示意圖．

Answer 1

分析：（1）由圖表可知，15min時(shí)，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為6.7%；20min時(shí)，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為11.2%，兩次時(shí)刻剩余的甲酸甲酯的物質(zhì)的量之差，即為15～20min范圍內(nèi)甲酸甲酯的減少量；
根據(jù)題目圖表可知反應(yīng)速率為單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的量的變化，15～20min范圍內(nèi)甲酸甲酯的平均速率為

△n

△t

，據(jù)此求解；
（2）甲酸具有催化作用，加快反應(yīng)，開始?xì)潆x子濃度小，催化效果不明顯，隨著反應(yīng)進(jìn)行氫離子濃度增大，催化效果明顯，甲酸增加到一定程度后，濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響成主導(dǎo)因素，特別是逆反應(yīng)速率的增大，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)速率幾乎不變；
（3）由圖象與表格可知，在75min時(shí)達(dá)到平衡，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為24%，計(jì)算出平衡時(shí)反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量，代入表達(dá)式計(jì)算；
（4）因?yàn)樯�高溫度，反�?yīng)速率增大，達(dá)到平衡所需時(shí)間減少，又該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率減�。�

解答：解：（1）15min時(shí)，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為6.7%，所以15min時(shí)，甲酸甲酯的物質(zhì)的量為1-1.00mol×6.7%=0.933mol；20min時(shí)，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為11.2%所以20min時(shí)，甲酸甲酯的物質(zhì)的量為1-1.00mol×11.2%=0.888mol，所以15至20min甲酸甲酯的減少量為0.933mol-0.888mol=0.045mol，則甲酸甲酯的平均速率=0.045mol/5min=0.009mol?min^-1．
故答案為：0.045mol；0.009mol?min^-1；
（2）從題給數(shù)據(jù)不難看出，平均速率的變化隨轉(zhuǎn)化率的增大先增大再減小，后保持不變．因?yàn)榉磻?yīng)開始甲酸甲酯的濃度大，所以反應(yīng)速率較大，后隨著反應(yīng)進(jìn)行甲酸甲酯的濃度減小，反應(yīng)速率減小，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)速率幾乎不變．
故答案為：①反應(yīng)初期：雖然甲酸甲酯的量較大，但甲酸量很小，催化效果不明顯，反應(yīng)速率較慢．
②反應(yīng)中期：甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應(yīng)速率明顯增大．
③反應(yīng)后期：甲酸量增加到一定程度后，濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響成主導(dǎo)因素，特別是逆反應(yīng)速率的增大，使總反應(yīng)速率逐漸減小，直至為零．
（3）由圖象與表格可知，在75min時(shí)達(dá)到平衡，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為24%，所以甲酸甲酯轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為1.00×24%=0.24mol，結(jié)合方程式可計(jì)算得平衡時(shí)，甲酸甲酯物質(zhì)的量=0.76mol，水的物質(zhì)的量1.75mol，甲酸的物質(zhì)的量=0.25mol，甲醇的物質(zhì)的量=0.76mol．所以K=（0.76×0.25）/（1.75×0.76）=1/7．
故答案為：

1

7

；
（4）因?yàn)樯�高溫度，反�?yīng)速率增大，達(dá)到平衡所需時(shí)間減少，所以繪圖時(shí)要注意T₂達(dá)到平衡的時(shí)間要小于T₁，又該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率增大，所以繪圖時(shí)要注意T₂達(dá)到平衡時(shí)的平臺(tái)要高于T₁．
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查考生對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率概念，化學(xué)平衡的了解及其影響因素的理解，對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)簡(jiǎn)單計(jì)算的掌握，注重考查學(xué)生知識(shí)遷移、讀圖及表達(dá)能力．