江蘇

滲透作用是指水分子（或其他溶劑分子）通過半透膜，從低濃度溶液向高濃度溶液的擴(kuò)散過程。滲透作用發(fā)生具備兩個(gè)基本條件：①具有半透膜；②膜兩側(cè)溶液存在濃度差。滲透裝置如圖1所示：

圖1

當(dāng)S1溶液濃度＞S2溶液濃度時(shí)，單位體積中水分子數(shù)S2溶液多于S1溶液，單位時(shí)間內(nèi)由S2到S1的水分子數(shù)大于由S1到S2的水分子數(shù)，漏斗液面上升；反之則液面下降。當(dāng)達(dá)到滲透平衡時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)由S2到S1的水分子數(shù)等于由S1到S2的水分子數(shù)，漏斗中液面不再上升。此時(shí)，半透膜兩側(cè)濃度一定相等嗎？溶液濃度具體是指什么濃度？在考試中，筆者發(fā)現(xiàn)較多學(xué)生存在這方面的誤區(qū)，誤以為滲透平衡時(shí)膜兩側(cè)濃度大小一定相等；溶液濃度具體是指物質(zhì)的量濃度還是質(zhì)量百分比濃度，還是均可以，較多學(xué)生對此知識點(diǎn)含糊不清。

1.溶液濃度應(yīng)指物質(zhì)的量濃度

【例1】如圖2 U形管裝置中A、B兩側(cè)分別為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，開始時(shí)兩側(cè)液面等高，液面差為0，一段時(shí)間后觀察兩側(cè)液面的變化。下列說法正確的是（ ）

圖2

A.A側(cè)液面上升，B側(cè)液面下降，結(jié)果兩側(cè)濃度相等

B.A側(cè)液面上升，B側(cè)液面下降，結(jié)果兩側(cè)濃度不等

C.A、B側(cè)液面不發(fā)生變化

D.A側(cè)液面下降，B側(cè)液面上升

【答案】B

【分析】本題考查了滲透作用的本質(zhì)。圖2中半透膜只允許水分子通過，葡萄糖分子、蔗糖分子都不能通過。開始時(shí)A、B兩側(cè)的葡萄糖溶液和蔗糖溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同，即質(zhì)量百分比濃度相同，那么單位體積中水分子數(shù)是否相等呢？葡萄糖的分子量約為180，蔗糖的分子量約為342，單位體積中葡萄糖分子數(shù)多，水分子數(shù)少；單位體積中蔗糖分子數(shù)少，水分子數(shù)多。發(fā)生滲透作用時(shí)，水分子由數(shù)量多的B側(cè)通過半透膜向水分子數(shù)量少的A側(cè)擴(kuò)散，結(jié)果A側(cè)液面上升，B側(cè)液面下降。當(dāng)達(dá)到滲透平衡時(shí)，兩側(cè)的質(zhì)量百分比濃度已不相同，那么物質(zhì)的量濃度是否相等呢？由于A側(cè)液面高，與B側(cè)存在液面差，液面高的一側(cè)形成的靜水壓會阻止溶劑由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散，故兩側(cè)物質(zhì)的量濃度關(guān)系仍是A側(cè)葡萄糖溶液＞B側(cè)蔗糖溶液。

【結(jié)論】物質(zhì)的量濃度能體現(xiàn)單位體積中溶質(zhì)或溶劑分子數(shù)的多少，尤其是當(dāng)半透膜兩側(cè)溶液物質(zhì)不同時(shí)，比較物質(zhì)的量濃度則更為科學(xué)。

2.溶液存在液面差時(shí)膜兩側(cè)濃度大小的判斷

【例2】如圖3為滲透作用實(shí)驗(yàn)，開始時(shí)如圖3甲，a代表清水，b、c代表蔗糖溶液（蔗糖不能透過半透膜），過一段時(shí)間后結(jié)果如圖3乙所示，漏斗管內(nèi)的液面不再發(fā)生變化，H1、H2表示漏斗管內(nèi)液面與清水的高度差。下列說法錯(cuò)誤的是（ ）

圖3

A.圖3甲中b的濃度大于c的濃度

B.圖3乙中b的濃度等于c的濃度

C.圖3甲a中水分子擴(kuò)散到b的速率大于a中水分子擴(kuò)散到c的速率

D.圖3乙a中水分子擴(kuò)散到b的速率等于b中水分子擴(kuò)散到a的速率

【答案】B

【分析】本題考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識綜合分析問題和解決問題的能力。根據(jù)圖3乙的結(jié)果H1＞H2，可知圖3甲b的濃度大于c的濃度，滲透吸水速率vb＞vc，A、C正確；圖3乙中，兩液面都不再上升，都達(dá)到滲透平衡狀態(tài)，則通過半透膜進(jìn)、出b中的水分子數(shù)相等，D正確；但b與a的液面差H1高于c與a的液面差H2，所形成的靜水壓也應(yīng)是b＞c，靜水壓會阻止溶劑由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散，所以此時(shí)溶液濃度Nb＞Nc＞Na，B錯(cuò)誤。

【結(jié)論】在其他條件相同的情況下，半透膜兩側(cè)的濃度差越大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出半透膜的水量越多，液面變化越明顯。

【例3】如圖4所示的甲、乙、丙三個(gè)滲透裝置中，三個(gè)漏斗頸的內(nèi)徑相等，漏斗內(nèi)盛有濃度相同的蔗糖溶液，且漏斗內(nèi)液面高度相同，漏斗底部均封以半透膜，置于同一個(gè)水槽的清水中。三個(gè)滲透裝置半透膜的面積和所盛蔗糖溶液的體積如表1所示。圖5中曲線①②③表示漏斗液面高度隨時(shí)間的變化情況。則曲線①②③與甲、乙、丙三個(gè)裝置的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)是（ ）

圖4

圖5

表1

A.①-丙；②-甲；③-乙

B.①-乙；②-甲；③-丙

C.①-甲；②-乙；③-丙

D.①-丙；②-乙；③-甲

【答案】A

【分析】由于水分子可以透過半透膜，而蔗糖分子不能透過，丙裝置蔗糖溶液的體積最大，故吸收水的量最大，漏斗液面高度最高，對應(yīng)的是圖5中曲線①；甲、乙裝置的蔗糖溶液體積相同，甲裝置半透膜的面積是乙裝置半透膜面積的2倍，所以相對乙裝置而言，甲裝置在單位時(shí)間內(nèi)，水分子透過半透膜進(jìn)入漏斗內(nèi)的數(shù)量較多，導(dǎo)致液面上升速率較大，對應(yīng)圖5中曲線②。但由于甲、乙兩裝置漏斗內(nèi)蔗糖溶液的體積、濃度相同，最終漏斗的液面高度應(yīng)持平。

【結(jié)論】在其他條件相同的情況下，半透膜的表面積越大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出半透膜的水分子量越多，液面變化越明顯，達(dá)到滲透平衡所需時(shí)間越短。

3.不存在液面差時(shí)膜兩側(cè)濃度大小的判斷

動(dòng)物細(xì)胞，如人成熟的紅細(xì)胞，置于0.9%的生理鹽水中，能保持正常的形態(tài)，此時(shí)細(xì)胞膜兩側(cè)溶液物質(zhì)的量濃度相等，因此0.9%的生理鹽水被視為人成熟紅細(xì)胞的等滲溶液。

而植物細(xì)胞如圖6所示，當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)，細(xì)胞發(fā)生滲透作用失水，發(fā)生質(zhì)壁分離；當(dāng)達(dá)到滲透平衡時(shí)，原生質(zhì)層兩側(cè)濃度相等。

圖6

若將質(zhì)壁分離的植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移至清水中，則會發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。再次達(dá)到滲透平衡時(shí)，原生質(zhì)層兩側(cè)濃度還相等嗎？由于植物細(xì)胞壁的伸縮性較小，細(xì)胞的吸水會使細(xì)胞的原生質(zhì)體對細(xì)胞壁產(chǎn)生一種向外的推力，即膨壓。反過來細(xì)胞壁也會對細(xì)胞原生質(zhì)體產(chǎn)生一種壓力，即壁壓，這種壓力會阻止水分子由外界溶液向細(xì)胞液一側(cè)擴(kuò)散，故滲透平衡時(shí)進(jìn)出細(xì)胞液的水分子數(shù)相等，但原生質(zhì)層兩側(cè)濃度并不相等，此時(shí)細(xì)胞液濃度仍大于外界溶液濃度。

【結(jié)論】滲透平衡時(shí)，動(dòng)物細(xì)胞膜兩側(cè)的溶液濃度應(yīng)相等。而植物細(xì)胞，若處于質(zhì)壁分離狀態(tài)，達(dá)到滲透平衡時(shí)，原生質(zhì)層兩側(cè)的溶液濃度應(yīng)相等；若已發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，達(dá)到滲透平衡時(shí)，細(xì)胞液濃度大于外界溶液濃度。

σ收斂是指不同經(jīng)濟(jì)體間某一變量值的標(biāo)準(zhǔn)差隨時(shí)間的推移而逐漸下降，用來反映該變量值的平均離散程度。本文基于標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)方程理論，構(gòu)建地價(jià)、房價(jià)和物價(jià)的σ收斂模型，分析35個(gè)大中城市的地價(jià)、房價(jià)和物價(jià)的靜態(tài)差距。σ收斂檢驗(yàn)方程為：

【例4】某校生物興趣小組利用“小液流法”估測黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果如下。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①配制具有一定濃度梯度的蔗糖溶液。

②取12支干燥潔凈的帶塞試管，分成甲、乙兩組，每組試管依次編為1～ 6號。向甲、乙兩組相同編號的試管中加入相同濃度的蔗糖溶液4 mL，迅速塞緊試管，備用。

③取大小相似的黑藻葉片60片，隨機(jī)均分為6組，分別加入甲組的6支試管中，并塞緊試管。放置20 min，期間多次搖動(dòng)試管。再向甲組每支試管中均加入微量甲烯藍(lán)粉末（忽略對蔗糖濃度的影響），充分搖勻。

④將乙組蔗糖溶液搖勻，用彎頭毛細(xì)吸管從甲組試管中吸取少量藍(lán)色溶液，插入乙組相同編號試管內(nèi)的溶液中部，從毛細(xì)吸管一端輕輕擠出1小滴藍(lán)色溶液（如圖7乙組）。觀察藍(lán)色小滴的升降情況，并做好記錄。

圖7

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2：

表2

請回答下列問題：

（2）乙組試管1、2、3中藍(lán)色小滴均下降，原因是__________，其中下降最慢的是試管____________________中的藍(lán)色小滴。

（3）取出甲組6支試管中的黑藻葉片進(jìn)行顯微觀察，可發(fā)現(xiàn)試管___________________中的黑藻葉片細(xì)胞內(nèi)葉綠體分布最密集。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可估測黑藻葉片細(xì)胞的細(xì)胞液濃度介于________________之間。若要使估測結(jié)果更準(zhǔn)確，則實(shí)驗(yàn)思路是______________________________________________。

【答案】（1）防止因水分蒸發(fā)而導(dǎo)致蔗糖溶液濃度發(fā)生改變 無關(guān) （2）甲組試管1、2、3中黑藻葉片的細(xì)胞液濃度大于蔗糖溶液濃度，細(xì)胞吸水，導(dǎo)致試管中蔗糖溶液濃度上升，藍(lán)色小滴密度大于乙組相同編號試管內(nèi)溶液的密度 3 （3）6 （4）0.15～ 0.20 mol·L-1在0.15～ 0.20 mol·L-1之間縮小濃度梯度，繼續(xù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，藍(lán)色小滴不移動(dòng)時(shí)試管中的蔗糖溶液濃度與黑藻葉片細(xì)胞液濃度相等

【分析】本題以“植物細(xì)胞的吸水和失水”為背景材料，考查了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等能力，突出體現(xiàn)了對學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究的考查。（1）實(shí)驗(yàn)原理為當(dāng)植物組織浸入一系列濃度遞增的蔗糖溶液中時(shí)，植物組織細(xì)胞吸水則蔗糖溶液濃度增高，失水則蔗糖溶液濃度降低，水分進(jìn)出細(xì)胞平衡則蔗糖溶液濃度基本保持不變。取浸過植物組織的溶液一小滴，放在原來濃度相同而未浸過植物組織的溶液中，比重減小的液流往上升，比重增大的液流往下降，若液流基本不動(dòng)則說明植物組織細(xì)胞在原濃度溶液中水分進(jìn)出平衡，接近細(xì)胞液濃度，溶液浸過植物組織后濃度未變。因此，在實(shí)驗(yàn)中為避免其他因素對蔗糖溶液濃度的影響，步驟②中迅速加塞即為了防止水分的蒸發(fā)而影響溶液的濃度，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；在對照實(shí)驗(yàn)中，不僅要設(shè)置好自變量，還要控制好無關(guān)變量，對不同實(shí)驗(yàn)組和對照組因變量的測定也要注意在相同的條件下進(jìn)行，得到的數(shù)據(jù)才具有可比性，因此在實(shí)驗(yàn)中葉片大小、數(shù)量等無關(guān)變量都需適宜且相同。（2）當(dāng)細(xì)胞吸水導(dǎo)致液滴比重增大，液流往下降，下降的速率與比重大小有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中，甲組試管1～3中蔗糖濃度低于細(xì)胞液濃度，細(xì)胞吸水，則吸取的液滴比重會大于原濃度溶液，因此下降；由實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測，試管3中的蔗糖溶液接近細(xì)胞液濃度，細(xì)胞吸收水最少，液滴比重增大最小，因此下降最慢。（3）細(xì)胞失水發(fā)生質(zhì)壁分離導(dǎo)致葉綠體的分布變得密集，失水越多，則分布越密集，因此，分布最密集的是試管6。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，試管3液滴下降，則細(xì)胞吸水；試管4液滴上升，則細(xì)胞失水。通過分析可知細(xì)胞液濃度應(yīng)介于試管3和試管4所對應(yīng)的濃度之間，若要估測更準(zhǔn)確的濃度，則應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化濃度梯度繼續(xù)進(jìn)行上述操作實(shí)驗(yàn)。

【結(jié)論】在其他條件相同的情況下，半透膜兩側(cè)的濃度差越大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出半透膜的水量越多，膜兩側(cè)濃度的變化越明顯，溶液的比重也會發(fā)生相應(yīng)的變化。

總之，滲透作用與生產(chǎn)、生活有著廣泛的聯(lián)系，是考試中的重要考點(diǎn)。通過對以上問題的分析，有助于學(xué)生真正理解滲透作用的本質(zhì)，學(xué)以致用，科學(xué)探究，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。