题目内容
甲酸甲酯水解反应方程式为:HCOOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l) ΔH>0,某小组通过实验研究该反应(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)的变化见下图:
(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 /(10-3 mol·min-1 | 1.9 | 7.4 | 7.8 | 4.4 | 1.6 | 0.8 | 0.0 |
请计算15~20 min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)其他条件不变,仅改变温度为T2(T2大于T1),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。
(1)0.045 9.0×10-3
(2)该反应中甲酸具有催化作用。
①反应初期:虽然甲酸甲酯量较大,但甲酸量很小,催化效果不明显,反应速率较慢;
②反应中期:甲酸量逐渐增多,催化效果显著,反应速率明显增大;
③反应后期:甲酸量增加到一定程度后,浓度对反应速率的影响成为主导因素,特别是逆反应速率的增大,使总反应速率逐渐减小,直至为零达到平衡状态。
【解析】(1)由图中数据可以看出15~20 min内甲酸甲酯转化率提高了4.5%,利用转化率和速率的计算式计算。
(2)表格中平均反应速率的数据显示反应速率先增大后减小,因该反应是吸热反应,排除温度升高的影响,则只能是反应体系中的某物质对该反应起到催化作用。
(3)注意该反应是吸热反应,T2>T1,温度升高,既能加快反应速率,又能缩短达到平衡的时间,提高转化率。