Question

【題目】血紅蛋白(Hb)和肌紅蛋白(Mb)分別存在于血液和肌肉中，都能與氧氣結(jié)合，與氧氣的結(jié)合度a(吸附O2的Hb或Mb的量占總Hb或Mb的量的比值)和氧氣分壓p(O2)密切相關(guān)。請回答下列問題：

(1)人體中的血紅蛋白(Hb)能吸附O2、H+，相關(guān)反應的熱化學方程式及平衡常數(shù)如下：

Ⅰ．Hb(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq) 　ΔH1　K1

Ⅱ．HbH＋(aq)＋O2(g)HbO2(aq)+H＋(aq)　ΔH2　K2

Ⅲ．Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq)　ΔH3　K3

ΔH3=_____（用ΔH1、ΔH2表示），K3=_____（用K1、K2表示）。

(2)Hb與氧氣的結(jié)合能力受到c(H＋)的影響，相關(guān)反應如下：HbO2(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq)+O2(g)。37 ℃，pH分別為7.2、7.4、7.6時氧氣分壓p(O2)與達到平衡時Hb與氧氣的結(jié)合度的關(guān)系如圖1所示，pH=7.6時對應的曲線為_____（填“A”或“B”）。

(3)Mb與氧氣結(jié)合的反應如下：Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)　ΔH，37 ℃時，氧氣分壓p (O2)與達平衡時Mb與氧氣的結(jié)合度a的關(guān)系如圖2所示。

　

①已知Mb與氧氣結(jié)合的反應的平衡常數(shù)的表達式K=，計算37 ℃時K=_____kPa-1。

②人正常呼吸時，體溫約為37 ℃，氧氣分壓約為20.00 kPa，計算此時Mb與氧氣的最大結(jié)合度為______（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

③經(jīng)測定，體溫升高，Mb與氧氣的結(jié)合度降低，則該反應的ΔH____（填“>”或“<”）0。

④已知37 ℃時，上述反應的正反應速率v(正)=k1·c(Mb)·p(O2)，逆反應速率v(逆)=k2·c(MbO2)，若k1=120 s-1·kPa-1，則k2=______。37 ℃時，圖2中C點時，=____。

Answer 1

【答案】△H1+△H2 K1·K2 A 2.00 97.6% < 60 s-1 1.00

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式，利用化學平衡常數(shù)的含義計算反應III的化學平衡常數(shù)；

(2)當pH>7.4時，與pH=7.4時相比，氫離子濃度減小，HbO2(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq)+O2(g)的化學平衡逆向移動，增大了血紅蛋白氧結(jié)合率；

(3)①假設(shè)反應開始時Mb的濃度為1，根據(jù)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，結(jié)合物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關(guān)系可計算該反應的化學平衡常數(shù)；

②根據(jù)K=可得a，帶入p(O2)=20.0kPa可得a；

③根據(jù)溫度對化學平衡移動的影響分析反應熱；

④根據(jù)化學反應達到平衡時v(正)=v(逆)及37℃時的平衡常數(shù)計算k2，根據(jù)37 ℃時反應平衡常數(shù)及圖2中C點時結(jié)合度計算的值。

(1)已知：①Hb(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq) 　ΔH1　K1

②HbH＋(aq)＋O2(g)HbO2(aq)+H＋(aq)　ΔH2　K2

由于反應熱與反應途徑無關(guān)，所以①+②，整理可得：Hb(aq)+O2(g)HbO2(aq) ΔH3=△H1+△H2，

K1=，K2=，K3=== K1·K2；

(2)當pH>7.4時，與pH=7.4時相比，氫離子濃度減小，HbO2(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq)+O2(g)的化學平衡逆向移動，增大了血紅蛋白氧結(jié)合率，所以根據(jù)圖示可知曲線A符合要求；

(3)①對于反應Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，假設(shè)反應開始時Mb的濃度為1，轉(zhuǎn)化率為a，則平衡時c(Mb)=(1-a)，c(MbO2)=a，K=，根據(jù)圖示可知p(O2)=2.0kPa，a=80%，帶入可得K==2；

②人正常呼吸時，體溫約為37 ℃，此時的化學平衡常數(shù)K=2.0化學平衡常數(shù)K=， p(O/span>2)=20.0 kPa，則人正常呼吸時2=，解得a=97.6%；

③經(jīng)測定，體溫升高，Mb與氧氣的結(jié)合度降低，結(jié)合平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，說明升高溫度化學平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則該反應的正反應為放熱反應，所以ΔH<0；

④當反應達到平衡時，v(正)= v(逆)，由于v(正)=k1·c(Mb)·p(O2)，逆反應速率v(逆)=k2·c(MbO2)，所以k1·c(Mb)·p(O2)= k2·c(MbO2)，則=K=2.0kPa，若k1=120 s-1·kPa-1，則k2= s-1=60 s-1；

在圖2中的C點，a=80%，處于平衡線上，則v(正)= v(逆)，故=1.00。