37.(09年广东化学·20)(10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:
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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:
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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。
答案:(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。