2023届高三生物三轮复习006渗透原理及应用分析

高中生物疑难解析36讲——006 渗透原理及应用分析 006 渗透原理及应用分析 先看一个实例：在长颈漏斗口封上半透膜（水分子可以通过，但溶质分子如蔗糖不能透过），长颈漏斗倒置在烧杯的清水（S2）中，长颈漏斗内加入一定浓度的蔗糖溶液（S1），开始时两者液面平齐。一段时间后发现，漏斗中的液面上升，烧杯中清水的液面下降，两者之间逐渐出现液面差并最终稳定为m（ΔH）。像这样，半透膜两侧溶液浓度不同，水分子将从溶质少的一侧（低浓度）向溶质多的一侧（高浓度）移动，这种现象称为渗透。 1.渗透是一种特殊的扩散，是指溶液经过半透膜所发生的扩散。这种扩散实质只是水分子通过半透膜的扩散（溶质分子的扩散被半透膜阻挡而不能实现）。由于是扩散，水分子运动的方向取决于半透膜两侧水分子的浓度差。水分子总是由低浓度溶液（水分子浓度高）一侧移向高浓度溶液一侧。 上述实例中导致两液面间出现液面差的原因有二：半透膜和溶液的浓度差。半透膜阻挡了溶质分子通过；溶液的浓度差（实质是指水分子的浓度差）使半透膜两侧水分子向对侧扩散的速度不同（低浓度溶液中的水分子浓度相对较高，扩散速度快），结果导致液面差出现。随着水分子的扩散和液面差的增加，两侧水分子扩散速度趋于相同，液面差稳定。液面差m（ΔH）的大小取决于S1、S2间的浓度差的大小。 2.能够发生渗透作用的体系叫做渗透系统。构成渗透系统需满足2个基本条件：半透膜和半透膜两侧溶液的浓度差。 生物体内，由于细胞都生活在细胞外的液体环境，细胞内也是细胞质基质、细胞液等液体环境；又由于细胞膜、细胞原生质层、毛细血管壁（水分子自由通过，但较大的蛋白质分子不能通过）等都可以看成是半透膜。因此，生物体内许多结构都可以看成是渗透系统。围绕着这些渗透系统所发生的水分子的运动都可以理解为渗透作用的结果。例如红细胞在清水中吸水胀破、在高浓度盐水中皱缩、在生理盐水中保持原状。 · 渗透作用受溶液浓度的影响。此处的溶液浓度特指溶液的物质的量浓度，而非其他溶液浓度。 如图所示渗透装置，若R溶液和S溶液分别是质量分数为10%葡萄糖和10%的蔗糖，两侧液面平齐，葡萄糖和蔗糖分子都不能通过半透膜X，一段时间后装置有何变化？ 质量分数为10%的葡萄糖溶液和10%的蔗糖溶液，由于蔗糖的相对分子质量较大，其物质的量浓度较小，即物质的量浓度R＞S。葡萄糖和蔗糖分子都不能通过X，两侧水分子向对侧扩散速度R＜S，因此一段时间后，R液面上升，S液面下降，直至渗透平衡。 · 渗透作用还受到半透膜的对物质分子透过性能的影响。 若上面渗透装置中的半透膜X可以让葡萄糖分子通过，但蔗糖分子不能通过。装置又有何变化？ 刚开始与上面情况相同，水分子由S进入R。R液面上升，S液面下降。随后，R侧的葡萄糖分子通过X进入S侧，使两侧葡萄糖浓度相等，但S侧的蔗糖分子不能扩散到R侧，两侧物质的量浓度R＜S，水分子由R进入S，并逐渐使S液面高于R。因此装置的变化过程是先R高于S，后来S高于R。 3.渗透作用的实验中，漏斗内外溶液的液面差最后稳定在m（ΔH），此时的状态称为渗透平衡。渗透平衡时，半透膜两侧水分子的扩散速度相同。因此，没有了水分子的净转移，液面不再变化，液面差稳定。 · 渗透平衡时并不是没有水分子的扩散或者说水分子扩散停止了，水分子的扩散仍在进行，只是半透膜两侧水分子的扩散速度相同。 · 渗透平衡并不等同于半透膜两侧的溶液浓度相同。在许多情况下，影响渗透平衡的因素不是单一的渗透作用，而是与其他因素共同作用的结果。 在上述渗透作用的实验中，随着渗透作用的进行，一方面S1、S2间的浓度差在缩小，水分子从烧杯进入漏斗中的速度减慢；另一方面漏斗与烧杯间出现液面差，这种液面差产生一种作用力，促使水分子从漏斗进入烧杯。而且随液面差增大，这种作用力也增强。当这两种作用力使水分子向半透膜两侧的相对扩散速度相同时，渗透系统达到渗透平衡。此时S1浓度仍然大于S2。 再比如处于吸水膨胀状态的具大液泡的植物细胞，原生质层向外膨胀挤压细胞壁，反过来细胞壁也会产生一种相反的作用力，阻止细胞膨胀，细胞停止吸水而处于渗透平衡状态。此时液泡中细胞液的浓度仍大于细胞外液的浓度。 有关渗透作用的问题，很多都可以通过分析渗透平衡及与之相关的两种作用力的关系得以解决。 如图所示，甲、乙分别表示实验开始和达渗透平衡时，渗透系统的状态，分析并比较实验开始和达渗透平衡时A、B、C三种溶液浓度大小和变化。 若将实验开始和达渗透平衡时A、B、C三种溶液浓度分别记为A1、B1、C1和A2、B2、C2，由图可知，渗透平衡时两个漏斗液面都升高，且h1＞h2。说明漏斗外溶液A中水分子分别进入了漏斗内溶液B和C，且进入B中的水分子更多，推出B1＞C1＞A1，且B2＜B1、C2＜C1、A2＞A1；渗透平衡时，h1、h2的作用力使水分子出漏斗的