Question

甲酸甲酯水解反應方程式為：HCOOCH₃(l)＋H₂O(l)HCOOH(l)＋CH₃OH(l)　ΔH>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：

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

 
甲酸甲酯轉化率在溫度T₁下隨反應時間(t)的變化見下圖：

(1)根據上述條件，計算不同時間范圍內甲酸甲酯的平均反應速率，結果見下表：

反應時間 范圍/min	0～5	10～15	20～25	30～35	40～45	50～55	75～80
平均反應速率 /(10－3 mol·min－1	1.9	7.4	7.8	4.4	1.6	0.8	0.0

 
請計算15～20 min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^－1(不要求寫出計算過程)。
(2)依據以上數據，寫出該反應的反應速率在不同階段的變化規律及其原因：
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(3)其他條件不變，僅改變溫度為T₂(T₂大于T₁)，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)0.045　9.0×10^－3
(2)該反應中甲酸具有催化作用。
①反應初期：雖然甲酸甲酯量較大，但甲酸量很小，催化效果不明顯，反應速率較慢；
②反應中期：甲酸量逐漸增多，催化效果顯著，反應速率明顯增大；
③反應后期：甲酸量增加到一定程度后，濃度對反應速率的影響成為主導因素，特別是逆反應速率的增大，使總反應速率逐漸減小，直至為零達到平衡狀態。

(1)由圖中數據可以看出15～20 min內甲酸甲酯轉化率提高了4.5%，利用轉化率和速率的計算式計算。
(2)表格中平均反應速率的數據顯示反應速率先增大后減小，因該反應是吸熱反應，排除溫度升高的影響，則只能是反應體系中的某物質對該反應起到催化作用。
(3)注意該反應是吸熱反應，T₂>T₁，溫度升高，既能加快反應速率，又能縮短達到平衡的時間，提高轉化率。