Question

血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)分别存在于血液和肌肉中，都能与氧气结合，与氧气的结合度a(吸附O₂的Hb或Mb的量占总Hb或Mb的量的比值)和氧气分压p(O₂)密切相关。请回答下列问题：

(1)人体中的血红蛋白(Hb)能吸附O₂、H⁺，相关反应的热化学方程式及平衡常数如下：

Ⅰ．Hb(aq)+H^＋(aq)HbH^＋(aq) 　ΔH₁　K₁

Ⅱ．HbH^＋(aq)＋O₂(g)HbO₂(aq)+H^＋(aq)　ΔH₂　K₂

Ⅲ．Hb(aq)＋O₂(g)HbO₂(aq)　ΔH₃　K₃

ΔH₃=_____（用ΔH₁、ΔH₂表示），K₃=_____（用K₁、K₂表示）。

(2)Hb与氧气的结合能力受到c(H^＋)的影响，相关反应如下：HbO₂(aq)+H^＋(aq)HbH^＋(aq)+O₂(g)。37 ℃，pH分别为7.2、7.4、7.6时氧气分压p(O₂)与达到平衡时Hb与氧气的结合度的关系如图1所示，pH=7.6时对应的曲线为_____（填“A”或“B”）。

(3)Mb与氧气结合的反应如下：Mb(aq)+O₂(g)MbO₂(aq)　ΔH，37 ℃时，氧气分压p (O₂)与达平衡时Mb与氧气的结合度a的关系如图2所示。

　

①已知Mb与氧气结合的反应的平衡常数的表达式K=，计算37 ℃时K=_____kPa^-1。

②人正常呼吸时，体温约为37 ℃，氧气分压约为20.00 kPa，计算此时Mb与氧气的最大结合度为______（结果保留3位有效数字）。

③经测定，体温升高，Mb与氧气的结合度降低，则该反应的ΔH____（填“>”或“<”）0。

④已知37 ℃时，上述反应的正反应速率v(_正)=k₁·c(Mb)·p(O₂)，逆反应速率v_(逆)=k₂·c(MbO₂)，若k₁=120 s^-1·kPa^-1，则k₂=______。37 ℃时，图2中C点时，=____。

Answer

△H1+△H2 K1·K2 A 2.00 97.6% < 60 s-1 1.00

【解析】

(1)根据盖斯定律，将热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式，利用化学平衡常数的含义计算反应III的化学平衡常数；

(2)当pH>7.4时，与pH=7.4时相比，氢离子浓度减小，HbO2(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq)+O2(g)的化学平衡逆向移动，增大了血红蛋白氧结合率；

(3)①假设反应开始时Mb的浓度为1，根据物质的转化率，结合物质反应转化关系可计算该反应的化学平衡常数；

②根据K=可得a，带入p(O2)=20.0kPa可得a；

③根据温度对化学平衡移动的影响分析反应热；

④根据化学反应达到平衡时v(正)=v(逆)及37℃时的平衡常数计算k2，根据37 ℃时反应平衡常数及图2中C点时结合度计算的值。

(1)已知：①Hb(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq) ΔH1 K1

②HbH＋(aq)＋O2(g)HbO2(aq)+H＋(aq) ΔH2 K2

由于反应热与反应途径无关，所以①+②，整理可得：Hb(aq)+O2(g)HbO2(aq) ΔH3=△H1+△H2，

K1=，K2=，K3=== K1·K2；

(2)当pH>7.4时，与pH=7.4时相比，氢离子浓度减小，HbO2(aq)+H＋(aq)HbH＋(aq)+O2(g)的化学平衡逆向移动，增大了血红蛋白氧结合率，所以根据图示可知曲线A符合要求；

(3)①对于反应Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，假设反应开始时Mb的浓度为1，转化率为a，则平衡时c(Mb)=(1-a)，c(MbO2)=a，K=，根据图示可知p(O2)=2.0kPa，a=80%，带入可得K==2；

②人正常呼吸时，体温约为37 ℃，此时的化学平衡常数K=2.0化学平衡常数K=， p(O2)=20.0 kPa，则人正常呼吸时2=，解得a=97.6%；

③经测定，体温升高，Mb与氧气的结合度降低，结合平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，说明升高温度化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，所以ΔH<0；

④当反应达到平衡时，v(正)= v(逆)，由于v(正)=k1·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v(逆)=k2·c(MbO2)，所以k1·c(Mb)·p(O2)= k2·c(MbO2)，则=K=2.0kPa，若k1=120 s-1·kPa-1，则k2= s-1=60 s-1；

在图2中的C点，a=80%，处于平衡线上，则v(正)= v(逆)，故=1.00。