Question

甲酸甲酯水解反應方程式為：HCOOCH₃ + H₂O  HCOOH + CH₃OH – Q（Q>0）
某小組通過實驗研究該反應（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下表。甲酸甲酯轉化率在溫度T₁下隨反應時間（t）的變化如下圖：

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

 
 
（1）上述反應的平衡常數表達式為K=_______________________。
（2）計算15~20min范圍內：甲酸甲酯的減少量為          mol，甲酸甲酯的平均反應速率為    mol/min；80~90min范圍內甲酸甲酯的平均反應速率為___________ mol/min。
（3）依據以上數據，推斷該反應在10min后反應速率迅速加快的原因：         。
（4）其他條件不變，提高溫度為T₂，在答題卡框圖中畫出溫度T₂下甲酸甲酯轉化率隨反應時間變化的預期結果示意圖。

Answer 1

（1）（1分）
（2）0.045 ， 9.0×10^-3，  0（3分）
（3）該反應中甲酸具有催化作用，甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應速率明顯增大。（2分）
（4）（2分）

解析試題分析：
（1）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的化學方程式可知，平衡常數。
（2）根據圖中的轉化率可知，15min時甲酸甲酯的轉化率是6.7%，則消耗甲酸甲酯的物質的量是0.067mol。20min時甲酸甲酯的轉化率是11.2%，則消耗甲酸甲酯的物質的量是0.112mol，所以在15～20min內甲酸甲酯減少了0.112mol－0.067mol＝0.045。則甲酸甲酯的平均反應速率為0.045mol÷5min＝0.009mol/min；根據圖像可知，80min后反應物的轉化率不再發生變化，說明反應已經達到平衡狀態，則80～90min范圍內甲酸甲酯的平均反應速率為0。
（3）由于在該反應中甲酸具有催化作用，隨著反應的進行，甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應速率明顯增大。
（4）正反應是吸熱反應，所以升高溫度，反應物的轉化率增大。且反應速率快，達到平衡的時間少，即圖像是（見答案）。
考點：化學反應速率、化學平衡、化學平衡常數