Question

（09广东卷）.（分） 甲酸甲酯水解反应方程式为：

HCOOCH₃(l)+H₂O(l)HCOOH(l)+CH₃OH(l)；△H>0

某小组通过试验研究该反应（反应过程中体积变化忽略不计）。反应体系中各组分的起始量如下表：

组分	HCOOCH3	H2O	HCOOH	CH3OH
物质的量/mol	1.00	1.99	0.01	0.52

甲酸甲酯转化率在温度T₁下随反应时间（t）的变化如下图：

（1）根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表：

反应时间范围/min	0~5	10~15	20~25	30~35	40~45	50~55	75~80
平均反应速率/(10－3mol·min－1)	1.9	7.4	7.8	4.4	1.6	0.8	0.0

请计算15-20min范围内甲酸甲酯的减少量为           mol，甲酸甲酯的平均反应速率为       mol·min^-1(不要求写出计算过程)。

   （2）依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因：          。

   （3）上述反应的平衡常数表达式为：，则该反应在温度T₁下的K值为              。

    （4）其他条件不变，仅改变温度为T₂（T₂大于T₁），在答题卡框图中画出温度T₂下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

Answer 1

（1）15—20min范围内甲酸甲酯的减少量为0.045mol；甲酸甲酯的平均反应速率为0.009mol·min^-1

（2）反应速率随着反应的进行，先逐渐增大再逐渐减小，后不变；原因：随着反应的不断进行，应开始甲酸甲酯的浓度大，所以反应速率较大，后随着反应进行，甲酸甲酯的物质的量浓度不断减少，反应速率不断减慢，所以转化率增大的程度逐渐减小，当反应达到平衡后，转化率不变。

（3）1/7

（4）图略。作图要点：因为T₂>T₁，温度越高，平衡向逆反应方向移动，甲酸甲酯的转化率下降，T₂达到平衡时的平台要低于T₁；另外温度越高，越快达到平衡，所以T₂达到平衡的时间要小于T₁。

解析:

（1）15min时，甲酸甲酯的转化率为6.7%，所以15min时，甲酸甲酯的物质的量为1—1.00mol×6.7%==0.933mol；20min时，甲酸甲酯的转化率为11.2%所以20min时，甲酸甲酯的物质的量为1—1.00mol×11.2%==0.888mol，所以15至20min甲酸甲酯的减少量为0.933mol—0.888mol=0.045mol，则甲酸甲酯的平均速率==0.045mol/5min==0.009mol·min^-1。（2）从题给数据不难看出，平均速率的变化随转化率的增大先增大再减小，后保持不变。因为反应开始甲酸甲酯的浓度大，所以反应速率较大，后随着反应进行甲酸甲酯的浓度减小，反应速率减小，当达到平衡时，反应速率几乎不变。

（3）由图象与表格可知，在75min时达到平衡，甲酸甲酯的转化率为24%，所以甲酸甲酯转化的物质的量为1.00×24%==0.24mol，结合方程式可计算得平衡时，甲酸甲酯物质的量==0.76mol，水的物质的量1.75mol，甲酸的物质的量==0.25mol 甲醇的物质的量==0.76mol

所以K=（0.76×0.25）/（1.75×0.76）=1/7

（4）因为升高温度，反应速率增大，达到平衡所需时间减少，所以绘图时要注意T₂达到平衡的时间要小于T₁，又该反应是吸热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，甲酸甲酯的转化率减小，所以绘图时要注意T₂达到平衡时的平台要低于T₁。