Question

3．肌红蛋白（Mb）与血红蛋白（Hb）的主要功能为输送氧气与排出二氧化碳．肌红蛋白（Mb）可以与小分子X（如氧气或一氧化碳）结合．反应方程式：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
（1）通常用p 表示分子X 的压力，p_o表示标准状态大气压，若X 分子的平衡浓度为p/p_o，写出上述反应的平衡常数表达式：K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$．请用p、p_o及K 表示吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$．
（2）在常温下，肌红蛋白与CO 结合反应的平衡常数K（CO）远大于与O₂结合的平衡常数K（O₂），下列哪个图最能代表结合率（f）与此两种气体压力（p）的关系C．


（3）人体中的血红蛋白（Hb）同样能吸附O₂、CO₂ 和H⁺，相关反应的方程式及其反应热、化学平衡常数分别是：
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若较低温下反应Ⅳ能自发进行，则该反应△H＜0，△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）图Ⅰ表示血红蛋白氧结合率（f）与氧气分压[p（O₂）]示意图，当pH＞7.4 时，此时图中代表的曲线是A（填“A”或“B”）．
（5）向2L密闭容器中加入2mol CO₂、6mol H₂，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）
CH₃OH（l）+H₂O（l）△H＜0，CO₂的浓度随时间（0～t₂）变化如图Ⅱ所示，保持其他条件不变，在t₂时将容器容积缩小一倍，t₃时达到平衡，t₄时降低温度，t₅时达到平衡，请画出t₂～t₆CO₂的浓度随时间的变化．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度系数之幂的积与反应物浓度系数之幂的积比值，吸附小分子的肌红蛋白（MbX）的个数等于生成MbX的个数，由K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}$，吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$；
（2）增大压强，平衡正向移动，因此无论是CO还是O₂，随着压强的增大，结合率（f）都是逐渐增大．在常温下，肌红蛋白与CO结合反应的平衡常数K_（CO）远大于与O₂结合的平衡常数K（O₂），说明肌红蛋白与CO的结合能力比其与O₂的结合能力强，所以相同压强条件下，肌红蛋白与CO的结合率（f）更大；
（3）已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由盖斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反应Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自发可知，低温下反应③能自发进行，说明△H₃＜0；
（4）当pH＞7.4时，与PH=7.4时相比，氢离子浓度减小，HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺的化学平衡正向移动，增大了血红蛋白氧结合率（f）；
（5）保持其他条件不变，在t₂时将容器容积缩小一倍，CO₂的浓度瞬间增大，同时压强增大，平衡正向移动，浓度减小，t₃时达到平衡，平衡时浓度比原来大，t₄时降低温度，平衡正向移动，浓度减小，t₅时达到平衡，平衡时浓度比原来小．

解答 解：（1）Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）的化学平衡常数K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）•c（X）}$=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$；吸附小分子的肌红蛋白（MbX）的个数等于生成MbX的个数，由K=$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$可得c（Mb）=$\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}$，吸附小分子的肌红蛋白（MbX）占总肌红蛋白的比例等于$\frac{c（MbX）}{c（Mb）+c（MbX）}$=$\frac{c（MbX）}{\frac{c（MbX）}{K\frac{P}{po}}+c（MbX）}$=$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$；
故答案为：$\frac{c（MbX）}{c（Mb）\frac{P}{po}}$；$\frac{K\frac{P}{po}}{K\frac{P}{po}+1}$；
（2）对于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大压强，平衡正向移动，因此无论是CO还是O₂，随着压强的增大，结合率（f）都是逐渐增大．在常温下，肌红蛋白与CO结合反应的平衡常数K_（CO）远大于与O₂结合的平衡常数K（O₂），说明肌红蛋白与CO的结合能力比其与O₂的结合能力强，所以相同压强条件下，肌红蛋白与CO的结合率（f）更大，因此C图象符合，
故选C；
（3）已知：①Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）；△H₁，K₁
②HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺；△H₂，K₂
由盖斯定律可知：①+②可得Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）△H，
因此△H=△H₁+△H₂，K=K₁•K₂；
反应Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq），△S＜0，由△G=△H₃-T•△S＜0自发可知，低温下反应③能自发进行，说明△H₃＜0；
故答案为：△H₁+△H₂；K₁•K₂；＜；＜；
（4）当pH＞7.4时，与PH=7.4时相比，氢离子浓度减小，HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbHO₂（aq）+H⁺的化学平衡正向移动，增大了血红蛋白氧结合率（f），因此A曲线符合；
故答案为：A；
（5）保持其他条件不变，在t₂时将容器容积缩小一倍，CO₂的浓度瞬间增大，同时压强增大，平衡正向移动，浓度减小，t₃时达到平衡，平衡时浓度比原来大，t₄时降低温度，平衡正向移动，浓度减小，t₅时达到平衡，平衡时浓度比原来小，则t₂～t₆CO₂的浓度随时间的变化如图：
，故答案为：．

点评 本题考查了化学平衡常数的计算、化学平衡的移动、反应热的计算、化学反应进行的方向等问题，综合性很强，难度较大，题干素材涉及生物知识，很好的考查了学生化学反应原理的掌握水平．