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  • 渗透装置的解析及拓展
  • 作者:陈卫东 江苏省沭阳高级中学 来源:江苏省教研室网站 时间:2011-5-31 21:33:38 阅读次 【
  • 一、渗透装置成立的条件:

    渗透装置是演示渗透现象的一个实验装置,这个渗透装置是由球形漏斗、烧杯、半透膜和内外不同溶液组成的,如图所示。这个装置要完成最后的渗透过程,使得漏斗中的液面上升,必须要符合两个条件:

    漏斗内外溶液要有浓度差,漏斗内的液体(图中2)浓度要高于漏斗外的液体(图中1)浓度;

    封闭漏斗口的膜要是半透膜(图中3)。

    符合这两个条件的渗透装置中漏斗内的液面才会上升。当然,这个装置高度差如果要保持,还需要一个隐含条件,漏斗内溶液的溶质分子要较大,不能透过半透膜。

    二、渗透装置的原理:

    对于一个渗透装置中当需要的条件都能符合时,漏斗中液面为什么会上升?其实从微观来看半透膜两侧情况,半透膜外水分子在不断向内扩散,同时,半透膜内的水分子也在不断向外扩散,由于蔗糖分子无法扩散到半透膜外,因此单位时间内水分子穿过半透膜向内的数量多于向外的数量,因此漏斗中水逐渐增多,漏斗中液面上升。随着液面的上升,漏斗中水柱的升高,对半透膜内侧的压强越来越大,单位时间内水分子向外扩散数目的逐渐增加,当单位时间内水分子向内、向外扩散的相对速率相等时,漏斗中的液面就不再上升了。此时半透膜处水分子向内和向外扩散处于的动态平衡状态。

    三、知识巩固:

    1右图是渗透装置示意图,请依图说明:

    典型的渗透装置必须:具有[     ]______________;在其两侧的溶液具有_________

       图中所示,溶液浓度[    ][     ]

    假如[1]为清水,[2]为稀淀粉糊,[1][2]的液面相同。过一段时间后,[1]的液面高度比[2]__________;若分别向[1][2]中各滴3滴碘液,则[1]____色,[2]_____色。

       在成熟的植物细胞中,充当[3]结构的是________,其两侧的液体分别是______和细胞外液,当该成熟植物细胞渗透失水时会发生__________现象;立即放回清水中又会发生_______现象。

    解析:该题考查的就是渗透装置的基本条件及该装置模拟的细胞吸水或失水的现象。

    参考答案:⑴[3 ]半透膜;浓度差  ⑵[2 ][ 1 ]  低;棕色(碘液的颜色);蓝色

    原生质层;细胞液;质壁分离;质壁分离复原

    2.在渗透装置中,半透膜可以使用哪些材料?(    

    玻璃纸   新鲜的鸡蛋膜   纱布   新鲜的动物膀胱膜   新鲜洋葱的内表皮

    新鲜洋葱的外表皮

    A①②③④⑤⑥      B①②④⑤⑥       C①⑤⑥        D①②④

    本题考察目标:半透膜、动、植物细胞失水后的差异、细胞壁的特性和质壁分离原理等方面的知识。

    解析:对于教材上半透膜的要求是水分子可以自由通过,而蔗糖等较大分子则不能自由通过。教材中给出的半透膜材料是玻璃纸(赛璐玢)。纱布由于孔眼比较大,不能阻止蔗糖分子通过,所以不能作为半透膜材料。新鲜的鸡蛋膜、新鲜的动物膀胱膜等动物细胞构成的结构虽然处于蔗糖溶液中可能会失去部分水分而发生整体皱缩,但是细胞之间联系比较紧密,不会出现空隙,蔗糖分子无法透过,所以可以作为半透膜。但是如果放置时间比较长,细胞死亡,细胞膜失去选择透过性,就不能作为半透膜了。新鲜洋葱的内表皮或外表是否可以作为半透膜呢?如果将新鲜的洋葱表皮细胞放在蔗糖溶液中,洋葱表皮细胞会发生皱缩而失去水分,但是由于细胞壁与原生质层收缩能力有差异,细胞壁收缩力差,原生质层收缩力强,这样细胞壁与原生质层之间就发生了质壁分离,出现了空隙,而细胞壁是全透性结构,无法阻止蔗糖分子通过,这样蔗糖分子就可以从蔗糖溶液中透过细胞层进入清水中,从而使得本来已经上升的液面再下降,无法维持球形漏斗内的液面。所以新鲜的洋葱表皮不适合作为半透膜材料(不管是内表皮还是外表皮)。答案:D

    四、拓展延伸:

    1.渗透装置的变形:

    【例题】向鱼鳔内注人30%的蔗糖溶液,扎紧入口并称重,然后将其浸入5%的蔗糖溶液中,每隔半小时称一次重量,结果如右图所示。下列关于其重量变化的解释正确的是(    

    在进行实验的1小时之内,鱼鳔重量增加是因为外界水分进人鱼鳔内;在进行实验的1小时之内,鱼鳔重量增加是因为外界蔗糖分子进人鱼鳔内;在进行实验的1小时后,鱼鳔重量不再增加是因为进出鱼鳔的水分子处于相对平衡状态;在进行实验的1小时后,鱼鳔重量不再增加,是因为进出鱼嘌的蔗糖分子处于相对平衡状态

    A①②           B②④             C②③           D①③

    解析:本题题干部分已经描述了基本条件和要求,题目不难理解,由于鱼鳔内蔗糖溶液浓度高,烧杯中蔗糖溶液浓度低,而鱼鳔为半透膜,蔗糖分子无法进出鱼鳔,所以只有烧杯中的水能进入鱼鳔内,随着烧杯中的水进入鱼鳔,鱼鳔内蔗糖溶液的重量就会逐渐增加,当内外浓度一致时,水分进出达到动态平衡,鱼鳔的重量就不再增加。答案:D

        2.漏斗中发生化学反应:

       【例题】某同学设计渗透装置的实验如右图所示(开始时状态),烧杯中盛放有蒸馏水,图中猪膀胱膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液,一定时间后再加入蔗糖酶。该实验过程中最可能出现的是   

    A.漏斗中液面开始时先上升,加酶后即下降

    B.漏斗中液面先上升,加酶后继续上升,然后下降

    C.加酶前后,在烧杯中都可以检测出蔗糖

    D.加酶后可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶

    解析:由于漏斗中含有蔗糖溶液,外界为蒸馏水,因此漏斗中的液面将会比烧杯中高。当向漏斗中加入蔗糖酶之后,漏斗中的蔗糖会被水解为葡萄糖和果糖,漏斗中溶液的浓度会增加,因此漏斗中的液面将会继续升高,但是由于葡萄糖、果糖为单糖,可以透过半透膜进入烧杯中,因此,漏斗中的液面又会下降。答案:B

    3.两组渗透装置比较:

    【例题】如图为渗透作用实验,开始时如图(),A代表清水,B、C代表蔗糖溶液,过一段时间后结果如图(),漏斗管内液面不再变化,H1、H2表示漏斗管内液面与清水的液面差。下列说法正确的是   

    A.图()B的浓度等于C的浓度

    B.图()A中水分子扩散到B的速度大于A中水分子扩散到C的速度

    C.图()A中水分子扩散到B的速度等于B中水分子扩散到A的速度

    D.图()B浓度大于C的浓度

    解析:本题考查的是渗透装置的基本原理,但是把两个渗透装置放在一起考查,难度比较大。从最终结果来看,H1的高度大于H2的高度,因此可以推测出原来B的浓度比C的浓度高,而随着液面的上升,BC的浓度都在下降,但是由于H1的高度大于H2的高度,因此H1液体产生的压强也要大于H2液体产生的压强,单位时间内B装置由半透膜向下扩散的水分子要多于C装置,要想达到平衡,单位时间内向上扩散进入B装置的水分子也要比C装置要多,也就是说最终结果还是B的浓度要高于C的浓度。答案:BCD

    【变式】如图表示渗透作用装置图,其中半透膜为膀胱膜(蔗糖分子不能通过,水分子可以自由通过)。图中溶液ABab、均为蔗糖溶液,其浓度分别用MAMBMaMb表示,且MAMBMa=MbMA。一段时间达到平衡后,甲装置、乙装置液面上升的高度分别为h1h2ab的浓度分别为M1M2,则(    

    Ah1h2 M1M2   Bh1h2 M1=M2

    Ch1h2 M1M2   Dh1h2 M1M2

    解析:膀胱膜内装的是高浓度的蔗糖溶液,且乙装置中膜内外溶液的浓度差较大,故乙中液面会上升的更高。因乙中吸水更多,故一段时间后M1M2。答案:D

     

    此文发表于《中学生物教学》2010年第9

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