Question

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

已知：反應①：Hb(aq)+O2(g)HbO2(aq) H1＜0；

反應②：Hb(aq)+CO(g)HbCO(aq) H2＜0

反應③：HbO2(aq)+CO(g)HbCO(aq)+O2(g) H3

(1)H3=_____（用H1、H2表示）；反應③自發進行的趨勢較大，則H1_____H2（填“＞”、“＜”或“=”）

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

(3)肌紅蛋白結合O2的化學方程式為Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq) H＜0，研究發現，37℃ 時，v正=kAc(Mb)p(O2)，v逆=kDc(MbO2)（kA和kD分別是正向和逆向反應的速率常數）。

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

②該反應平衡總數的表達式為，37℃時，反應達平衡時測得Mb與O2結合度[a(Mb)，即Mb的轉化率]的一組實驗如下圖所示，則37℃時該反應的K=_______，a(Mb)=________（用含p(O2)的式子表示）。

③ T℃時，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℃），該反應為放熱反應，升溫會使平衡常數減小

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將②-①，整理可得③式；根據體系的自由能G=H-TS<0，反應能夠自發進行判斷；

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

(3)①根據速率要求，結合速率常數只與溫度有關分析；

②根據平衡常數的含義，結合37℃時，O2的平衡分壓為20.0kPa，用三段式計算；

③結合正、逆反應速率的公式及可逆反應達到平衡時二者相等，再根據溫度與反應熱的關系判斷。

(1)由于化學反應中的能量變化與反應途徑無關，只與物質的始態和中態有關，根據蓋斯定律，將②-①，整理可得③式，熱化學方程式為：HbO2(aq)+CO(g)HbCO(aq)+O2(g) H3=H2-H1；反應③自發進行的趨勢較大，說明體系的自由能G=H-TS<0，該反應反應前后氣體體積不變，則說明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，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，假設病人體內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，則氧氣產生的壓強也為原來的四倍，因此解毒時提供病人呼吸的O2的壓強是4×20.0kPa=80.0kPa；

②假設開始時Mb的濃度為1，根據三段式

可逆反應 Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)

c(開始) 1 0

c(轉化) a a

c(平衡) 1-a a

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

假設開始時Mb的濃度為1，根據三段式

可逆反應 Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)

c(開始) 1 0 0

c(轉化) 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K=2，將K=2帶入上式可得a=。

③肌紅蛋白結合O2的化學方程式為Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq) ，H＜0，v正=kAc(Mb)p(O2)，v逆=kDc(MbO2)當反應達到平衡時，v正= v逆，kAc(Mb)p(O2)= kDc(MbO2)，則，在37℃時K=2.0(kPa)-1>-1(kPa)-1，說明平衡逆向移動，由于該反應的正反應為放熱反應，根據平衡移動原理，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應方向移動，使化學平衡常數降低，所以溫度T>37℃。