2024届高三生物一轮复习渗透平衡的力学分析及浓度理解学案

渗透平衡的力学分析及浓度理解学案 学习目标: 1、构建渗透装置的力学分析及动态变化模型 2、 不同类型的溶质对渗透装置力学分析的影响 3、 动植物细胞在不同溶液中的力学分析 学习过程: 1、 渗透装置力学分析。 渗透作用(osmosis)是水分依水势梯度而移动。也即是水流通过膜的方向和速度不只是决定于水的浓度梯度或压力梯度,而是决定于这两种驱动力的和。渗透是指溶剂分子通过半透膜而移动的现象。 从力的平衡的角度分析,渗透平衡的原理是内外溶液渗透压差的作用力与静水压的作用力相等。利用化学的渗透压公式与物理的液体压强计算公式,进而定量分析蔗糖溶液浓度与渗透平衡液面差的关系。渗透压计算公式为 =RTic,其中c为溶液摩尔浓度,R为摩尔气体常数,T为热力学温度,i为渗透系数。液体压强计算公式为P=gm,是液体密度,g是重力加速度,m为液面差。当液面差达到平衡时,渗透压 与静水压P达到平衡,即与正相关。因为R、T、i、、g均为常数,所以平衡液面差m与溶液摩尔浓度c成正比。 例1、下图中,A、B、C为半透膜制成等体积的透析袋,分别装有等体积的甲、乙、丙溶液。已知溶液浓度高低依次为甲>乙>丙。一段时间后小玻璃管中的液面不再变化,此时,A、B、C透 析袋中的溶液浓度高低依次是 ( A ) A.A>B>C B.A=B=C C.A<B<C D.无法判断 二、不同类型的溶质 1.溶质不能通过半透膜的渗透装置分析 2.溶质能通过半透膜的渗透装置分析 (1)S1和S2是同种溶质,且能透过半透膜,S1溶液浓度大于S2溶液浓度 (2)S1和S2是两种不同的溶质,且只有水和S1能透过半透膜 ①若S1的物质的量浓度大于S2的,则出现的现象是S1液面先升高,随后S1中的溶质透过半透膜进入S2,S2液面逐渐升高,最终高于S1。 ②若S1的物质的量浓度小于S2的,则出现的现象是S1液面始终低于S2液面。 例2、如图为渗透作用实验,开始时如图(一), A代表清水,B、C代表蔗糖溶液(蔗糖不能透过半透膜),过一段时间后结果如图(二)所示,漏斗管内的液面不再发生变化,H1、H2表示漏斗管内液面与清水的高度差。下列说法错误的是(B) A. 图(一)中B的浓度大于C的浓度 B. 图(二)中B的浓度等于C的浓度 C. 图(一)A中水分子扩散到B的速率大于A中水分子扩散到C的速率 D. 图(二)A中水分子扩散到B的速率等于B中水分子扩散到A的速率 三、动植物细胞在不同溶液中的力学分析 动物细胞,如人成熟的红细胞,置于0.9%的生理盐水中,能保持正常的形态,此时细胞膜两侧溶液物质的量浓度相等,因此0.9%的生理盐水被视为人成熟红细胞的等渗溶液。 而植物细胞如图所示,当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞发生渗透作用失水,发生质壁分离;当达到渗透平衡时,原生质层两侧浓度相等。 若将质壁分离的植物细胞转移至清水中,则会发生质壁分离复原现象。再次达到渗透平衡时,原生质层两侧浓度还相等吗?由于植物细胞壁的伸缩性较小,细胞的吸水会使细胞的原生质体对细胞壁产生一种向外的推力,即膨压。反过来细胞壁也会对细胞原生质体产生一种压力,即壁压,这种压力会阻止水分子由外界溶液向细胞液一侧扩散,故渗透平衡时进出细胞液的水分子数相等,但原生质层两侧浓度并不相等,此时细胞液浓度仍大于外界溶液浓度。 例3、将家兔红细胞置于不同浓度的溶液中,水分子的跨膜运输示意图如下(箭头方向表示水分子的进出,箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列叙述正确的是( B ) 甲 乙 丙 A.一段时间后,甲细胞会发生质壁分离 B.能发生渗透作用的是甲细胞和丙细胞 C.光学显微镜下可观察到乙细胞有水分子的进出 D.若将甲、乙和丙细胞同时分别置于蒸馏水中,甲细胞先破裂 练习题: 1、如图是平衡时的渗透装置,蔗糖不能通过半透膜,在此基础上继续实验。请预测以下四种情况下液面差m的变化趋势(选填“增大”“减小”或“不变”):(1)若向漏斗中加入蔗糖分子,则平衡时m 增大 ;(2)若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液,则平衡时m 减小 ;(3)若向漏斗中滴入清水,平衡时m将 减小 ;(4)向烧杯中加入适量清水,平衡时m将 减小 。 2、如图所示的甲、乙、丙三个渗透装置中,三个漏斗颈的内径相等,漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液,且漏斗内液面高度相同,漏斗底部均封以半透膜,置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积如表所示。图2中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况。则曲线1、2、3与甲、乙、丙三个装置的对应关系应是(B) 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 3、如图中E、F、G为3个半透膜制成的透析袋,透析袋E中装有溶液甲,透析袋F和G中装有溶液