Question

甲酸甲酯水解反應方程式為：HCOOCH₃（l）+H₂O（l）?HCOOH（l）+CH₃OH（l）；△H＞0
某小組通過試驗研究該反應（反應過程中體積變化忽略不計）．反應體系中各組分的起始量如表：

組分	HCOOCH3	H2O	HCOOH	CH3OH
物質的量/mol	1.00	1.99	0.01	0.52

甲酸甲酯轉化率在溫度T₁下隨反應時間（t）的變化如圖：
（1）根據(jù)上述條件，計算不同時間范圍內(nèi)甲酸甲酯的平均反應速率，結果見下表：

反應時間范圍/min	0～5	10～15	20～25	30～35	40～45	50～55	75～80
平均反應速率/（10-3mol?min-1）	1.9	7.4	7.8	4.4	1.6	0.8	0.0

請計算15-20min范圍內(nèi)甲酸甲酯的減少量為

 

mol，甲酸甲酯的平均反應速率為

 

mol?min^-1．
（2）依據(jù)以上數(shù)據(jù)，寫出該反應的反應速率在不同階段的變化規(guī)律及其原因：

 

．
（3）上述反應的平衡常數(shù)表達式為：K=

c(HCOOH)?c(CH3OH)

c(HCOOCH3)?c(H2O)

，則該反應在溫度T₁下的K值為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡建立的過程

專題：化學平衡專題

分析：（1）由圖表可知，15min時，甲酸甲酯的轉化率為6.7%；20min時，甲酸甲酯的轉化率為11.2%，兩次時刻剩余的甲酸甲酯的物質的量之差，即為15～20min范圍內(nèi)甲酸甲酯的減少量；根據(jù)題目圖表可知反應速率為單位時間內(nèi)物質的量的變化，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，開始氫離子濃度小，催化效果不明顯，隨著反應進行氫離子濃度增大，催化效果明顯，甲酸增加到一定程度后，濃度對反應速率的影響成主導因素，特別是逆反應速率的增大，當達到平衡時，反應速率幾乎不變；
（3）由圖象與表格可知，在75min時達到平衡，甲酸甲酯的轉化率為24%，計算出平衡時反應混合物各物質的物質的量，代入表達式計算．

解答： 解：（1）15min時，甲酸甲酯的轉化率為6.7%，所以15min時，甲酸甲酯的物質的量為1-1.00mol×6.7%=0.933mol；20min時，甲酸甲酯的轉化率為11.2%所以20min時，甲酸甲酯的物質的量為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；0.009；
（2）從題給數(shù)據(jù)不難看出，平均速率的變化隨轉化率的增大先增大再減小，后保持不變．因為反應開始甲酸甲酯的濃度大，所以反應速率較大，后隨著反應進行甲酸甲酯的濃度減小，反應速率減小，當達到平衡時，反應速率幾乎不變．
故答案為：①反應初期：雖然甲酸甲酯的量較大，但甲酸量很小，催化效果不明顯，反應速率較慢．
②反應中期：甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應速率明顯增大．
③反應后期：甲酸量增加到一定程度后，濃度對反應速率的影響成主導因素，特別是逆反應速率的增大，使總反應速率逐漸減小，直至為零．
（3）由圖象與表格可知，在75min時達到平衡，甲酸甲酯的轉化率為24%，所以甲酸甲酯轉化的物質的量為1.00×24%=0.24mol，結合方程式可計算得平衡時，甲酸甲酯物質的量=0.76mol，水的物質的量1.75mol，甲酸的物質的量=0.25mol，甲醇的物質的量=0.76mol．所以K=（0.76×0.25）/（1.75×0.76）=

1

7

，
故答案為：

1

7

．

點評：本題考查考生對化學反應速率概念，化學平衡的了解及其影響因素的理解，對化學平衡常數(shù)簡單計算的掌握，注重考查學生知識遷移、讀圖及表達能力，題目難度中等．