Question

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：

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(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。

Answer

(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。