Question

【題目】人體內(nèi)的血紅蛋白(Hb)和肌紅蛋白(Mb)均可與O2結(jié)合，Hb也可以與CO結(jié)合。

已知：反應(yīng)①：Hb(aq)+O2(g)HbO2(aq) H1＜0；

反應(yīng)②：Hb(aq)+CO(g)HbCO(aq) H2＜0

反應(yīng)③：HbO2(aq)+CO(g)HbCO(aq)+O2(g) H3

(1)H3=_____（用H1、H2表示）；反應(yīng)③自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)較大，則H1_____H2（填“＞”、“＜”或“=”）

(2)CO中毒者應(yīng)立即轉(zhuǎn)移至空氣新鮮的地方，結(jié)合反應(yīng)③，從平衡移動(dòng)的原理分析這樣做的理由是_____。

(3)肌紅蛋白結(jié)合O2的化學(xué)方程式為Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq) H＜0，研究發(fā)現(xiàn)，37℃ 時(shí)，v正=kAc(Mb)p(O2)，v逆=kDc(MbO2)（kA和kD分別是正向和逆向反應(yīng)的速率常數(shù)）。

①對(duì)于CO中毒的病人，為解毒需要將v正提高到正常人的4倍，假設(shè)病人體內(nèi)c(Mb)與常人相同，空氣中p(O2)為20.0kPa，則解毒時(shí)提供病人呼吸的O2的壓強(qiáng)是__________。

②該反應(yīng)平衡總數(shù)的表達(dá)式為，37℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)測(cè)得Mb與O2結(jié)合度[a(Mb)，即Mb的轉(zhuǎn)化率]的一組實(shí)驗(yàn)如下圖所示，則37℃時(shí)該反應(yīng)的K=_______，a(Mb)=________（用含p(O2)的式子表示）。

③ T℃時(shí)，kPa-1，則T______37（填“＞”、“＜”或“=”），理由是________________。

Answer 1

【答案】H2-H1 > 增大O2的濃度，減小CO的濃度，使平衡逆移 80.0kPa 2 kPa-1 2 kPa-1 ＞ ，K(T℃）<K(37℃），該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫會(huì)使平衡常數(shù)減小

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將②-①，整理可得③式；根據(jù)體系的自由能G=H-TS<0，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行判斷；

(2)O2是生成物，增大生成物O2的濃度，可以使平衡逆向移動(dòng)，也可以對(duì)CO進(jìn)行稀釋；

(3)①根據(jù)速率要求，結(jié)合速率常數(shù)只與溫度有關(guān)分析；

②根據(jù)平衡常數(shù)的含義，結(jié)合37℃時(shí)，O2的平衡分壓為20.0kPa，用三段式計(jì)算；

③結(jié)合正、逆反應(yīng)速率的公式及可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)二者相等，再根據(jù)溫度與反應(yīng)熱的關(guān)系判斷。

(1)由于化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與反應(yīng)途徑無(wú)關(guān)，只與物質(zhì)的始態(tài)和中態(tài)有關(guān)，根據(jù)蓋斯定律，將②-①，整理可得③式，熱化學(xué)方程式為：HbO2(aq)+CO(g)HbCO(aq)+O2(g) H3=H2-H1；反應(yīng)③自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)較大，說(shuō)明體系的自由能G=H-TS<0，該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體體積不變，則說(shuō)明H3<0，由于H3=H2-H1；則H1>H2；

(2)O2是生成物，增大生成物的濃度，平衡逆向移動(dòng)，可以使血紅蛋白與CO解離，就可以減輕人體的中毒癥狀；

(3)①對(duì)于CO中毒的病人，為解毒需要將v正提高到正常人的4倍，假設(shè)病人體內(nèi)c(Mb)與常人相同，空氣中p(O2)為20.0kPa，由于v正=kAc(Mb)p(O2)，則速率為正常人的四倍，則氧氣產(chǎn)生的壓強(qiáng)也為原來(lái)的四倍，因此解毒時(shí)提供病人呼吸的O2的壓強(qiáng)是4×20.0kPa=80.0kPa；

②假設(shè)開(kāi)始時(shí)Mb的濃度為1，根據(jù)三段式

可逆反應(yīng) Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)

c(開(kāi)始) 1 0

c(轉(zhuǎn)化) a a

c(平衡) 1-a a

K=，根據(jù)空氣中p(O2)為20.0kPa，此時(shí)a=80%，帶入上式可得K==2.0(kPa)-1；

假設(shè)開(kāi)始時(shí)Mb的濃度為1，根據(jù)三段式

可逆反應(yīng) Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)

c(開(kāi)始) 1 0 0

c(轉(zhuǎn)化) a p(O2) a

c(平衡) 1-a p(O2) a

K=，整理可a=，由于該溫度下平衡常數(shù)K=2，將K=2帶入上式可得a=。

③肌紅蛋白結(jié)合O2的化學(xué)方程式為Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq) ，H＜0，v正=kAc(Mb)p(O2)，v逆=kDc(MbO2)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正= v逆，kAc(Mb)p(O2)= kDc(MbO2)，則，在37℃時(shí)K=2.0(kPa)-1>-1(kPa)-1，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，使化學(xué)平衡常數(shù)降低，所以溫度T>37℃。