Question

【題目】化學與生命活動密切相關。以下是人體中血紅蛋白、肌紅蛋白與O2結合機制的相關研究，假定其環境溫度均為36.8℃。

(1)血紅蛋白Hb結合O2形成動脈血，存在反應①：HbH+(aq)+O2(g)HbO2(aq)+H+(aq)。該反應可自發進行，則其ΔH______0(填“＞”或“＜”)；血液中還同時存在反應②：CO2+H2OH++HCO3-，結合反應①②，肺部氧分壓_____(填“較高”或“較低”)有利于CO2排出體外，從化學平衡角度解釋原因 ____________。

(2)肌肉中大量肌紅蛋白 Mb也可結合O2形成MbO2，即反應③：Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，其平衡常數K=。其它條件不變，隨著氧分壓p(O2)增大，K值___(填“變大”、“變小”或“不變”)。已知在氧分壓p(O2)=2.00 kPa 的平衡體系中，=4.0。吸入的空氣中p(O2)=21 kPa，計算此時 Mb與氧氣的最大結合度(平衡轉化率)約為_______________(保留兩位有效數字)。

(3)Hb分子具有四個亞基，且每個亞基有兩種構型(T型和R型)。圖中，T0、R0表示未結合O2的T型和R型，且存在可逆的變構效應：T0R0，正向平衡常數為K0；當四分子O2與Hb的四個亞基結合后，T4R4也是變構效應，正向平衡常數為K4。

①已知某肺炎病人肺臟中T0+4O2T4反應的n(O2)數據如下：

t/min	0	2.0	4.0	6.0	8.0
n(O2)/10-6 mol	1.68	1.64	1.58	1.50	1.40

計算2.0 min~8.0 min內以T的物質的量變化表示的反應速率v(T4)為_________mol·min-1。

②現假定R型Hb對O2的結合常數為KR，T型Hb對O2的結合常數為KT。已知KR＞KT，則圖中K0____K4(填“＞”或“＜”)。

(4)氧氣是生命活動必不可少的物質。如下圖所示，以Pt為陽極，Pb(CO2)的載體，使CO2活化為陰極，電解經CO2飽和處理的KHCO3溶液可使氧氣再生，同時得到甲醇。其陰極反應式為____；從電解后溶液中分離甲醇的操作方法是_______________。

Answer 1

【答案】＜ 較高 增大氧分壓，反應①正向移動，產生較高濃度的H+，從而反應②平衡逆向移動 不變 98% 1.0×10-8 ＜ 7CO2+6e-+5H2O=CH3OH+6HCO3- 減壓蒸餾

【解析】

(1)根據反應自發進行的依據判斷；根據平衡移動原理分析判斷；

(2)化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變；根據化學平衡常數與O2的結合度的關系計算；

(3)①先計算氧氣變化的物質的量，然后根據反應中氧氣與T4的量變化關系，計算用T表示的反應速率v(T4)；

②根據物質轉化關系，分別用K0、K4、KT、KR表示，結合KR＞KT，推導K0、K4的大小關系；

(4)在陰極上CO2得到電子，變為CH3OH及HCO3-，據此書寫電極反應式；根據甲醇熔沸點低分析判斷分離方法。

(1)對于反應HbH+(aq)+O2(g)HbO2(aq)+H+(aq)，△S＜0，若該反應可自發進行，則根據反應自發進行的判斷依據△G=△H-T△S＜0，所以ΔH＜0；根據反應①：HbH+(aq)+O2(g)HbO2(aq)+H+(aq)可知：增大氧分壓，反應①正向移動，產生較高濃度的H+，H+濃度增大，反應②：CO2+H2OH++HCO3-的平衡逆向移動，從而可降低血液中CO2的濃度，有利于將CO2排出體外；

(2)由于只增大氧氣的分壓，溫度不變，化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，則化學平衡常數K不變；在氧分壓p(O2)=2.00 kPa 的平衡體系中，=4.0，則該溫度下該反應的化學平衡常數K==2.0，溫度不變，吸入的空氣中p(O2)=21 kPa，假設此時 Mb與氧氣的最大結合度為x，則由于化學平衡常數K=，則x==98%；

(3)根據表格數據可知在2.0 min～8.0 min內O2的物質的量變化了△n(O2)=(1.64 -1.40)×10-6 mol=2.4×10-7mol，則根據O2與T4變化的物質的量的比是4：1，所△n(T4)=△n(O2)=6.0×10-8 mol，所以以T變化表示的反應速率v(T4)=6.0×10-8 mol÷6 min=1.0×10-8 mol/min；

②根據物質轉化關系可知：K0=，K4=，KT=，KR=，由于KR＞KT，則＞1，所以K4＞K0，即K0＜K4；

(4)CO2中C元素化合價為+4價，在陰極上CO2得到電子，變為CH3OH中C的-2價，同時產生HCO3-，則陽極的電極反應式為：7CO2+6e-+5H2O=CH3OH+6HCO3-；陽極上水電離產生的OH-失去電子變為O2，因此可使氧氣再生；由于甲醇屬于分子晶體，物質的熔沸點比較低，而NaHCO3熔沸點高，減小壓強，物質的熔沸點會降低，因此從電解后溶液中分離甲醇的操作方法是減壓蒸餾法。