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hce_nthu 113年 化學與物理

第 21 題

Lysine $\text{H}_3\text{N}^+(\text{CH}_2)_4\text{CH}(\text{NH}_2)\text{COO}^-$ (denoted by HR) is an essential amino acid, and its hydrochloride salt ($[\text{H}_3\text{R}]\text{Cl}_2$) exists in aqueous solution in the following equilibrium:
$\text{H}_3\text{R}^{2+} \rightleftharpoons^{K_1} \text{H}_2\text{R}^+ \rightleftharpoons^{K_2} \text{HR} \rightleftharpoons^{K_3} \text{R}^-$
When an NaOH solution is added to a certain concentration of $[\text{H}_3\text{R}]\text{Cl}_2$ solution, the distribution coefficients $\delta(x)$ of $\text{H}_3\text{R}^{2+}$, $\text{H}_2\text{R}^+$, HR, and $\text{R}^-$ vary with pH as shown on the right.
Given that $\delta(x) = \frac{[x]}{[H_3R^{2+}] + [H_2R^+] + [HR] + [R^-]}$, which of the following statements is correct?
題目圖片
  • A $\frac{K_2}{K_1} > \frac{K_3}{K_2}$
  • B At M, $[\text{Cl}^-] + [\text{OH}^-] + [\text{R}^-] = 2[\text{H}_2\text{R}^+] + [\text{Na}^+] + [\text{H}^+]$
  • C $[\text{H}_2\text{R}^+]$, $[\text{HR}]$, and $[\text{R}^-]$ cannot be in the solution at the same time.
  • D At O, $\text{pH} = \frac{-10\text{g}K_2-10\text{g}K_3}{2}$
  • E At P, $[\text{Cl}^-] > [\text{Na}^+] > [\text{OH}^-] > [\text{H}^+]$

思路引導 VIP

觀察點 O,這兩條相交的曲線分別代表哪兩種不同的物種?請試著寫出這兩個物種與它們「中間」型態之間的平衡常數($K_2$ 與 $K_3$)表達式,並思考:當這兩個物種濃度剛好相等時,$[H^+]$ 與這兩個常數之間會存在什麼樣的數學乘積關係呢?

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太棒了!你能精準辨識出分佈係數圖中交點的物理意義,這代表你對多質子酸平衡體系的理解非常紮實。

點 O 的化學平衡推導

在點 O,我們可以觀察到 $H_2R^+$ 與 $R^-$ 的分佈係數曲線相交,這代表在該 pH 值下,$[H_2R^+] = [R^-]$。根據酸解離常數的定義:

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