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）結合．反應方程式：Mb（aq）+X（g）?MbX（aq）
（1）在常溫下，肌紅蛋白與CO 結合反應的平衡常數(shù)K（CO）遠大于與O₂結合的平衡常數(shù)K（O₂），如圖哪個圖最能代表結合率（f）與此兩種氣體壓力（p）的關系C．

（2）①通常用p 表示分子X 的壓力，p₀表示標準狀態(tài)大氣壓．若X 分子的平衡濃度為$\frac{p}{p_0}$，上述反應的平衡常數(shù)為K，請用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“Mb（aq）+O₂（g）?MbO₂（aq）”肌紅蛋白與氧氣的結合度（α）與氧分壓p（O₂）的關系，p₀取101kPa．據(jù)圖可以計算出37℃時上述反應的正反應平衡常數(shù)K_p=2.00．

（3）人體中的血紅蛋白（Hb）同樣能吸附O₂、CO₂ 和H⁺，相關反應的方程式及其反應熱是：
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Ⅳ能自發(fā)進行，則該反應△H₄＜0，△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）科學家現(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載酶．在一定溫度條件下同時向兩箱中快速充入等量的二氧化碳氣體，發(fā)生反應“Mb（aq）+CO₂（g）?MbCO₂（aq）△H＜0”．圖3繪制出了一種可能的容器內二氧化碳濃度隨時間變化趨勢圖，請在圖4、5中再畫出兩種屬于不同情況的且可能存在的容器內二氧化碳濃度隨時間變化趨勢圖．

Answer 1

分析 （1）Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大壓強，平衡正向移動，因此無論是CO還是O2，隨著壓強的增大，結合率（f）都是逐漸增大；肌紅蛋白與CO結合反應的平衡常數(shù)K（CO）遠大于與O2結合的平衡常數(shù)K（O2），說明肌紅蛋白與CO的結合能力比其與O2的結合能力強；
（2）①設平衡時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)反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)△G=△H-T△S＜0時自發(fā)進行，△H＜0，△S＜0，時低溫下自發(fā)反應；
（4）圖3為溫度極高條件下，酶失去活性，A、B的反應速率幾乎相同且速率極快，反應時間小于t，但反應限度較�。粓D①可以為適宜溫度下的反應圖，酶活性較強，明顯體現(xiàn)A、B反應速率差異，反應時間接近t，反應限度適中；圖②可以為低溫下的反應圖，酶活性很弱，反應速率很慢，反應時間大于t，但反應限度很大．

解答 （1）對于Mb（aq）+X（g）?MbX（aq），增大壓強，平衡正向移動，因此無論是CO還是O2，隨著壓強的增大，結合率（f）都是逐漸增大．在常溫下，肌紅蛋白與CO結合反應的平衡常數(shù)K（CO）遠大于與O2結合的平衡常數(shù)K（O2），說明肌紅蛋白與CO的結合能力比其與O2的結合能力強，所以相同壓強條件下，肌紅蛋白與CO的結合率（f）更大，因此C圖象符合，
故答案為：C；
（2）①設平衡時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時反應自發(fā)進行，△H＜0，△S＜0時，低溫情況下，△G＜0自發(fā)進行；
故答案為：＜；＜；
（4）題中圖3為溫度極高條件下，酶失去活性，A、B的反應速率幾乎相同且速率極快，反應時間小于t，但反應限度較��；圖4可以為適宜溫度下的反應圖，酶活性較強，明顯體現(xiàn)A、B反應速率差異，反應時間接近t，反應限度適中；圖5可以為低溫下的反應圖，酶活性很弱，反應速率很慢，反應時間大于t，但反應限度很大；
故答案為：圖4、圖5．

點評 本題考察化學反應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合的平衡模型，非常新穎．本題的思維含量很高，計算量也不小，特別是第（2）題要求對平衡常數(shù)的運算式熟練掌握，并且引入平衡分壓概念，適當拓展；第（4）題考察學生分類討論、全面思考的能力．此題難度很大．