Question

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

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(yīng)速率，結(jié)果見表：

反應(yīng)時間范圍/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

請計算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（不要求寫出計算過程）．
（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，濃度對反應(yīng)速率的影響成主導因素，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)表達式為：K=$\frac{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}OH）}{c（HCOOC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}$，則該反應(yīng)在溫度T₁下的K值為$\frac{1}{7}$．
（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)時間變化的預期結(jié)果示意圖．

Answer 1

分析 （1）由圖表可知，15min時，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為6.7%；20min時，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為11.2%，兩次時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$\frac{△n}{△t}$，據(jù)此求解；
（2）甲酸具有催化作用，加快反應(yīng)，開始氫離子濃度小，催化效果不明顯，隨著反應(yīng)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(yīng)速率的影響成主導因素，特別是逆反應(yīng)速率的增大，當達到平衡時，反應(yīng)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(zhuǎn)化率為24%，計算出平衡時反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量，代入表達式計算；
（4）因為升高溫度，反應(yīng)速率增大，達到平衡所需時間減少，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，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率減�。�

解答 解：（1）15min時，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為6.7%，所以15min時，甲酸甲酯的物質(zhì)的量為1-1.00mol×6.7%=0.933mol；20min時，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為11.2%所以20min時，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：0.045；0.009；
（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．因為反應(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)進行甲酸甲酯的濃度減小，反應(yīng)速率減小，當達到平衡時，反應(yīng)速率幾乎不變，其規(guī)律及原因如下：
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，濃度對反應(yīng)速率的影響成主導因素，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，
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，濃度對反應(yīng)速率的影響成主導因素，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時達到平衡，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)合方程式可計算得平衡時，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：$\frac{1}{7}$；
（4）因為升高溫度，反應(yīng)速率增大，達到平衡所需時間減少，所以繪圖時要注意T₂達到平衡的時間要小于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，甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率增大，所以繪圖時要注意T₂達到平衡時的平臺要高于T₁．圖象為，
故答案為：

點評 本題考查考生對化學反應(yīng)速率概念，化學平衡的了解及其影響因素的理解，為高考常見題型，側(cè)重學生的分析、計算能力的考查，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．