Question

3．肌紅蛋白（Mb）與血紅蛋白（Hb）的主要功能為輸送氧氣與排出二氧化碳．肌紅蛋白（Mb）可以與小分子X（如氧氣或一氧化碳）結合．反應方程式：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
（1）通常用p 表示分子X 的壓力，p_o表示標準狀態大氣壓，若X 分子的平衡濃度為p/p_o，寫出上述反應的平衡常數表達式：K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$．請用p、p_o及K 表示吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$．
（2）在常溫下，肌紅蛋白與CO 結合反應的平衡常數K（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數K（O₂），下列哪個圖最能代表結合率（f）與此兩種氣體壓力（p）的關系C．


（3）人體中的血紅蛋白（Hb）同樣能吸附O₂、CO₂ 和H⁺，相關反應的方程式及其反應熱、化學平衡常數分別是：
Ⅰ．Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）△H₁，K₁
Ⅱ．HbH⁺ （aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）+H⁺（aq）△H₂，K₂
Ⅲ．Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）；△H₃，K₃
Ⅳ．HbO₂（aq）+H⁺（aq）+CO₂（g）?Hb（H⁺）CO₂（aq）+O₂（g）
①△H₃=△H₁+△H₂（用△H₁、△H₂表示），K₃=K₁•K₂ （用K₁、K₂表示）
②若較低溫下反應Ⅳ能自發進行，則該反應△H＜0，△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）圖Ⅰ表示血紅蛋白氧結合率（f）與氧氣分壓[p（O₂）]示意圖，當pH＞7.4 時，此時圖中代表的曲線是A（填“A”或“B”）．
（5）向2L密閉容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在適當的催化劑作用下，發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）
CH₃OH（l）+H₂O（l）△H＜0，CO₂的濃度隨時間（0～t₂）變化如圖Ⅱ所示，保持其他條件不變，在t₂時將容器容積縮小一倍，t₃時達到平衡，t₄時降低溫度，t₅時達到平衡，請畫出t₂～t₆CO₂的濃度隨時間的變化．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數是指一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度系數之冪的積與反應物濃度系數之冪的積比值，吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）的個數等于生成MbX的個數，由K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}$，吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$；
（2）增大壓強，平衡正向移動，因此無論是CO還是O₂，隨著壓強的增大，結合率（f）都是逐漸增大．在常溫下，肌紅蛋白與CO結合反應的平衡常數K_（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數K（O₂），說明肌紅蛋白與CO的結合能力比其與O₂的結合能力強，所以相同壓強條件下，肌紅蛋白與CO的結合率（f）更大；
（3）已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由蓋斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反應Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自發可知，低溫下反應③能自發進行，說明△H₃＜0；
（4）當pH＞7.4時，與PH=7.4時相比，氫離子濃度減小，HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺的化學平衡正向移動，增大了血紅蛋白氧結合率（f）；
（5）保持其他條件不變，在t₂時將容器容積縮小一倍，CO₂的濃度瞬間增大，同時壓強增大，平衡正向移動，濃度減小，t₃時達到平衡，平衡時濃度比原來大，t₄時降低溫度，平衡正向移動，濃度減小，t₅時達到平衡，平衡時濃度比原來小．

解答 解：（1）Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）的化學平衡常數K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）•c（X）}$=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$；吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）的個數等于生成MbX的個數，由K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}$，吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$；
故答案為：$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$；$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$；
（2）對于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大壓強，平衡正向移動，因此無論是CO還是O₂，隨著壓強的增大，結合率（f）都是逐漸增大．在常溫下，肌紅蛋白與CO結合反應的平衡常數K_（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數K（O₂），說明肌紅蛋白與CO的結合能力比其與O₂的結合能力強，所以相同壓強條件下，肌紅蛋白與CO的結合率（f）更大，因此C圖象符合，
故選C；
（3）已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由蓋斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反應Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自發可知，低溫下反應③能自發進行，說明△H₃＜0；
故答案為：△H₁+△H₂；K₁•K₂；＜；＜；
（4）當pH＞7.4時，與PH=7.4時相比，氫離子濃度減小，HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺的化學平衡正向移動，增大了血紅蛋白氧結合率（f），因此A曲線符合；
故答案為：A；
（5）保持其他條件不變，在t₂時將容器容積縮小一倍，CO₂的濃度瞬間增大，同時壓強增大，平衡正向移動，濃度減小，t₃時達到平衡，平衡時濃度比原來大，t₄時降低溫度，平衡正向移動，濃度減小，t₅時達到平衡，平衡時濃度比原來小，則t₂～t₆CO₂的濃度隨時間的變化如圖：
，故答案為：．

點評 本題考查了化學平衡常數的計算、化學平衡的移動、反應熱的計算、化學反應進行的方向等問題，綜合性很強，難度較大，題干素材涉及生物知識，很好的考查了學生化學反應原理的掌握水平．