Question

15．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(jié)合．反應(yīng)方程式：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
（1）在常溫下，肌紅蛋白與CO 結(jié)合反應(yīng)的平衡常數(shù)K（CO）遠(yuǎn)大于與O₂結(jié)合的平衡常數(shù)K（O₂），如圖哪個(gè)圖最能代表結(jié)合率（f）與此兩種氣體壓力（p）的關(guān)系C．

（2）①通常用p 表示分子X 的壓力，p₀表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)大氣壓．若X 分子的平衡濃度為$\frac{p}{p_0}$，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為K，請(qǐng)用p、p₀和K 表示吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例$\frac{pK}{pK+p0}$．
②圖2表示37℃下反應(yīng)“Mb（aq）+O₂（g）?MbO₂（aq）”肌紅蛋白與氧氣的結(jié)合度（α）與氧分壓p（O₂）的關(guān)系，p₀取101kPa．據(jù)圖可以計(jì)算出37℃時(shí)上述反應(yīng)的正反應(yīng)平衡常數(shù)K_p=2.00．

（3）人體中的血紅蛋白（Hb）同樣能吸附O₂、CO₂ 和H⁺，相關(guān)反應(yīng)的方程式及其反應(yīng)熱是：
I．Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）△H₁
II．HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）+H⁺（aq）△H₂
III．Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）；△H₃
IV．HbO₂（aq）+H⁺（aq）+CO₂（g）?Hb（H⁺）CO₂（aq）+O₂（g）△H₄
①△H₃=△H₁+△H₂（用△H₁、△H₂表示）
②若較低溫下反應(yīng)Ⅳ能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)△H₄＜0，△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）科學(xué)家現(xiàn)已研制出人工合成的二氧化碳載體．在A、B兩只大小相同、內(nèi)置CO₂傳感器的恒溫密閉氣箱中加入等量的二氧化碳載體，其中A箱中的二氧化碳載體上附著運(yùn)載酶．在一定溫度條件下同時(shí)向兩箱中快速充入等量的二氧化碳?xì)怏w，發(fā)生反應(yīng)“Mb（aq）+CO₂（g）?MbCO₂（aq）△H＜0”．圖3繪制出了一種可能的容器內(nèi)二氧化碳濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖，請(qǐng)?jiān)趫D4、5中再畫出兩種屬于不同情況的且可能存在的容器內(nèi)二氧化碳濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖．

Answer 1

分析 （1）Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，因此無(wú)論是CO還是O2，隨著壓強(qiáng)的增大，結(jié)合率（f）都是逐漸增大；肌紅蛋白與CO結(jié)合反應(yīng)的平衡常數(shù)K（CO）遠(yuǎn)大于與O2結(jié)合的平衡常數(shù)K（O2），說明肌紅蛋白與CO的結(jié)合能力比其與O2的結(jié)合能力強(qiáng)；
（2）①設(shè)平衡時(shí)吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）的濃度為[MbX]，肌紅蛋白（Mb）的濃度為[Mb]，根據(jù)K的概念代入表達(dá)式；
②令Mb起始濃度為1，根據(jù)三段式：
           Mb（aq）+O₂（g）?MbO₂（aq）
起始：1                                   0
轉(zhuǎn)化：α                                 α
平衡：1-α                                 α
K=$\frac{c（Mb{O}_{2}）}{c（Mb）•P（{O}_{2}）}$=$\frac{α}{（1-α）P（{O}_{2}）}$，根據(jù)圖2，p（O₂）=2.0kPa，α=80%，代入計(jì)算；
（3）①I．Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）△H₁
II．HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）+H⁺（aq）△H₂
III．Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）；△H₃
根據(jù)蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ=Ⅲ可得；
②根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△G=△H-T△S＜0時(shí)自發(fā)進(jìn)行，△H＜0，△S＜0，時(shí)低溫下自發(fā)反應(yīng)；
（4）圖3為溫度極高條件下，酶失去活性，A、B的反應(yīng)速率幾乎相同且速率極快，反應(yīng)時(shí)間小于t，但反應(yīng)限度較��；圖①可以為適宜溫度下的反應(yīng)圖，酶活性較強(qiáng)，明顯體現(xiàn)A、B反應(yīng)速率差異，反應(yīng)時(shí)間接近t，反應(yīng)限度適中；圖②可以為低溫下的反應(yīng)圖，酶活性很弱，反應(yīng)速率很慢，反應(yīng)時(shí)間大于t，但反應(yīng)限度很大．

解答 （1）對(duì)于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，因此無(wú)論是CO還是O2，隨著壓強(qiáng)的增大，結(jié)合率（f）都是逐漸增大．在常溫下，肌紅蛋白與CO結(jié)合反應(yīng)的平衡常數(shù)K（CO）遠(yuǎn)大于與O2結(jié)合的平衡常數(shù)K（O2），說明肌紅蛋白與CO的結(jié)合能力比其與O2的結(jié)合能力強(qiáng)，所以相同壓強(qiáng)條件下，肌紅蛋白與CO的結(jié)合率（f）更大，因此C圖象符合，
故答案為：C；
（2）①設(shè)平衡時(shí)吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）的濃度為[MbX]，肌紅蛋白（Mb）的濃度為[Mb]，則對(duì)于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），平衡常數(shù)K=$\frac{[MbX]}{[Mb]•\frac{p}{p0}}$，所以[Mb]=$\frac{[MbX]}{K•\frac{p}{p0}}$，所以吸附小分子的肌紅蛋白（MbX）占總肌紅蛋白的比例為$\frac{[MbX]}{[MbX]+[Mb]}$，將[Mb]代入整理可得，比例為$\frac{pK}{pK+p0}$；

故答案為：$\frac{pK}{{pK+{P_0}}}$； 
②令Mb起始濃度為1，根據(jù)三段式：
           Mb（aq）+O₂（g）?MbO₂（aq）
起始：1                                   0
轉(zhuǎn)化：α                                 α
平衡：1-α                                 α
K=$\frac{c（Mb{O}_{2}）}{c（Mb）•p（{O}_{2}）}$=$\frac{α}{（1-α）•p（{O}_{2}）}$，根據(jù)圖2，p（O₂）=2.0kPa，α=80%，K=$\frac{0.8}{（1-0.8）×2}$=2.00；
故答案為：2.00；
（3）①I．Hb（aq）+H⁺（aq）?HbH⁺（aq）△H₁
II．HbH⁺（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）+H⁺（aq）△H₂
III．Hb（aq）+O₂（g）?HbO₂（aq）；△H₃
根據(jù)蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ可得Ⅲ；則△H₃=△H₁+△H₂；
故答案為：△H₁+△H₂；   
②△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△H＜0，△S＜0時(shí)，低溫情況下，△G＜0自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：＜；＜；
（4）題中圖3為溫度極高條件下，酶失去活性，A、B的反應(yīng)速率幾乎相同且速率極快，反應(yīng)時(shí)間小于t，但反應(yīng)限度較��；圖4可以為適宜溫度下的反應(yīng)圖，酶活性較強(qiáng)，明顯體現(xiàn)A、B反應(yīng)速率差異，反應(yīng)時(shí)間接近t，反應(yīng)限度適中；圖5可以為低溫下的反應(yīng)圖，酶活性很弱，反應(yīng)速率很慢，反應(yīng)時(shí)間大于t，但反應(yīng)限度很大；
故答案為：圖4、圖5．

點(diǎn)評(píng) 本題考察化學(xué)反應(yīng)原理的載體一改工業(yè)合成的慣例，采用人體中氣體分子與蛋白結(jié)合的平衡模型，非常新穎．本題的思維含量很高，計(jì)算量也不小，特別是第（2）題要求對(duì)平衡常數(shù)的運(yùn)算式熟練掌握，并且引入平衡分壓概念，適當(dāng)拓展；第（4）題考察學(xué)生分類討論、全面思考的能力．此題難度很大．