(09廣東卷).(分) 甲酸甲酯水解反應(yīng)方程式為:
HCOOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l);△H>0
某小組通過試驗(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:
組分 | HCOOCH3 | H2O | HCOOH | CH3OH |
物質(zhì)的量/mol | 1.00 | 1.99 | 0.01 | 0.52 |
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:
反應(yīng)時(shí)間范圍/min | 0~5 | 10~15 | 20~25 | 30~35 | 40~45 | 50~55 | 75~80 |
平均反應(yīng)速率/(10-3mol·min-1) | 1.9 | 7.4 | 7.8 | 4.4 | 1.6 | 0.8 | 0.0 |
請計(jì)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(yīng)速率為 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: 。
(3)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為:,則該反應(yīng)在溫度T1下的K值為 。
(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。
(1)15—20min范圍內(nèi)甲酸甲酯的減少量為0.045mol;甲酸甲酯的平均反應(yīng)速率為0.009mol·min-1
(2)反應(yīng)速率隨著反應(yīng)的進(jìn)行,先逐漸增大再逐漸減小,后不變;原因:隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,應(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,甲酸甲酯的物質(zhì)的量濃度不斷減少,反應(yīng)速率不斷減慢,所以轉(zhuǎn)化率增大的程度逐漸減小,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后,轉(zhuǎn)化率不變。
(3)1/7
(4)圖略。作圖要點(diǎn):因?yàn)門2>T1,溫度越高,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率下降,T2達(dá)到平衡時(shí)的平臺要低于T1;另外溫度越高,越快達(dá)到平衡,所以T2達(dá)到平衡的時(shí)間要小于T1。
(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。(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。
(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
(4)因?yàn)樯邷囟,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),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率減小,所以繪圖時(shí)要注意T2達(dá)到平衡時(shí)的平臺要低于T1。
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