考点 12 渗透作用的原理及应用 高考频度：★★★☆☆ 难易程度：★★★☆☆ 1．渗透作用原理 （1）发生渗透作用的条件 ① 具有半透膜。 ② 膜两侧溶液具有浓度差。 （2）渗透作用的实质：单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水 分子数，导致蔗糖溶液液面上升。 2．动植物细胞的渗透吸水和失水 （1） （2）成熟植物细胞的吸水和失水 ① 当外界溶液浓度＞细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。 ② 当外界溶液浓度＜细胞液浓度时，细胞吸水，失水的细胞发生质壁分离复原现象。 3．观察植物细胞的质壁分离和复原 （1）实验原理 ①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。 ②细胞液具有一定的浓度，能渗透吸水和失水。 ③原生质层比细胞壁的伸缩性大得多。 （2）实验步骤 考向一 渗透作用的发生 1．某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记为零液面。实验 开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势为 【答案】B 【解析】仔细观察图示，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始 阶段半透膜内外溶液浓度差较大，所以液面上升速率较大。随着液面高度的增大，液柱抑制水分渗入 的作用力逐渐增大，当与浓度差促进水分渗入的作用力达到平衡时，液面不再上升。此时，水分子通 过半透膜的渗入与渗出达到平衡。 易错警示 走出渗透作用发生的“4”个误区 （1）水分子的移动方向是双向移动，但最终结果是由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。 （2）实验中观察指标为漏斗内液面变化，但不能用烧杯液面变化作描述指标，因为现象不明显。 （3）渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压。 （4）如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的 一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。 2．下图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液（S1）和漏斗外溶液（S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液， 水分子可以透过半透膜，而蔗糖分子则不能。当渗透达到平衡时，液面差为 m。下列叙述正确的是 A．渗透平衡时，溶液 S1 的浓度等于溶液 S2 的浓度 B．若向漏斗中加入蔗糖分子，则平衡时 m 变小 C．达到渗透平衡时，仍有水分子通过半透膜进出 D．若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时 m 将增大 【答案】C 【解析】渗透平衡时，溶液 S1 的浓度大于溶液 S2 的浓度，A 项错误；向漏斗中加入蔗糖分子，半透 膜两侧浓度差变大，平衡时 m 变大，B 项错误；达到渗透平衡时，水分子通过半透膜进出的速率相等 ， C 项正确；吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，再次平衡时 m 将减小，D 项错误。 考向二 细胞吸水与失水的实验结果分析 3．如图曲线表示完全相同的两个植物细胞分别放置在 A、B 溶液中，细胞失水量的变化情况。相关叙述不 正确的是 A．该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行 B．若 B 溶液的浓度稍减小，则曲线中 b 点左移 C．两条曲线的差异是由于 A、B 溶液浓度不同导致的 D．6 min 时取出两个细胞用显微镜观察，均可看到质壁分离现象 【答案】C 【试题解析】该实验可选取绿色植物成熟的叶肉细胞来进行，有大液泡，故 A 正确；若 B 溶液的浓度 稍减小，细胞失水变慢变少，a 点下降，质壁分离越慢，复原就越快，所以 b 点应左移，故 B 正确；两 条曲线的差异可能是由于两种溶液溶质的差异导致的，A 溶液溶质不能被细胞吸收，细胞一直处于失水 状态，B 溶液溶质可能为小分子溶质如 KNO3，可被细胞吸收造成质壁分离复原，故 C 错误；6 min 时 两个细胞都处于失水状态，均可看到质壁分离现象，故 D 正确。 规律总结 细胞吸水和失水的特点 （1）运输方向：细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量梯度的跨膜运输过程。 （2）运输特点：细胞吸水时，水分子也有从细胞出来的，细胞失水时，水分子也有进入细胞的，即无论 细胞吸水还是失水，水分子通过原生质层的扩散都是双向进行的。 4．将两个完全相同的洋葱根尖成熟区细胞分别放置在甲、乙溶液中，对原生质体体积进行观察后绘制出 如下曲线（A 为甲曲线最低点）。下列叙述错误的是 A．乙溶液中的溶质可能不能被根尖细胞吸收 B．0~1 h 内，乙溶液中的细胞失水量比甲多 C．A 点时，甲溶液的渗透压大于细胞液的渗透压 D．2~3 h 内，处于甲溶液中的细胞，细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压 【答案】C 【解析】溶液浓度越高，渗透压越大。洋葱根尖成熟区细胞有中央液泡，当其处于高于细胞液浓度的 外界溶液中时，细胞会因失水而导致原生质体体积减小；当其处于低于细胞液浓度的外界溶液中时， 细胞会因吸水而导致原生质体体积增大。乙溶液中的原生质体体积一直在减小，说明细胞一直处于失 水状态，进而推知：乙溶液中的溶质可能不能被根尖细胞吸收，A 正确；0~1 h 内，乙溶液中的原生质 体体积减小的速度比甲溶液中的快，表明乙溶液中的细胞失水量比甲多， B 正确；A 点之前原生质体体 积逐渐减小，表明细胞在不断失水，甲溶液的浓度大于细胞液的浓度，A 点之后原生质体体积逐渐增大， 表明细胞在不断吸水，甲溶液的浓度小于细胞液的浓度，因此 A 点时，水分子进出细胞处于动态平衡， 甲溶液的渗透压等于细胞液的渗透压，C 错误；2~3 h 内，处于甲溶液中的细胞，其原生质体体积逐渐 增大，说明细胞在不断吸水，因此其细胞液的渗透压大于细胞质基质的渗透压，D 正确。 考向三 探究膜的透性 5．某渗透装置如图所示，烧杯中盛有蒸馏水，已知图中猪膀胱膜允许单糖透过。在倒置的长颈漏斗中先 装入蔗糖溶液，一段时间后再加入蔗糖酶。从理论上分析，该实验过程中最可能出现的实验现象是 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，然后开始下降 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 【答案】B 【解析】开始时，因烧杯中水分子通过半透膜进入漏斗内的速度大于漏斗内水分子进入烧杯中的速度 漏斗中液面上升，加酶后漏斗内液面继续上升，A 错误；加酶后漏斗内液面继续上升，但一段时间后因 蔗糖酶催化蔗糖水解形成单糖，而单糖能通过猪膀胱膜进入烧杯中，故会引起水分子进入烧杯中，漏 斗内的液面下降，B 正确；加酶前后，烧杯中都不能检测出蔗糖，因为蔗糖是二糖，不能通过半透膜， C 错误；蔗糖能在蔗糖酶的作用下水解为可通过半透膜的葡萄糖和果糖，但蔗糖酶不能通过半透膜进入 烧杯中，D 错误。 解题必备 验证渗透作用发生条件的方法 （1）具有半透膜 （2）半透膜两侧溶液具有浓度差 6．如图为常见的两套渗透装置图（图中 S1 为 30%蔗糖溶液、S2 为蒸馏水、S3 为 30%葡萄糖溶液；已知葡 萄糖能通过半透膜，但蔗糖不能通过半透膜），有关叙述错误的是 A．装置 A 漏斗中溶液液面上升速率逐渐下降 B．装置 A 渗透过程中水分子通过半透膜的方向是 S2→S1 C．装置 A 达到渗透平衡后，S1 溶液浓度仍大于 S2 溶液浓度 D．装置 B 的现象是 S3 溶液液面先上升后下降，最终 S3 和 S2 溶液液面持平 【答案】B 【解析】据题意和图示分析可知：渗透作用是指水分通过半透膜，从溶质浓度低的溶液向溶质浓度高 的溶液转移的现象。图 A 中 S1 为 30%蔗糖溶液、S2 为蒸馏水，所以漏斗内液面上升。图 B 中 S2 为蒸 馏水、S3 为 30%葡萄糖溶液，而葡萄糖能通过半透膜，所以右侧液面先上升，后下降。装置 A 中， S130%蔗糖溶液＞S2 蒸馏水，所以漏斗中溶液液面上升，但随着液面差的增大，液面上升速率逐渐下 降，A 正确；装置 A 渗透过程中水分子通过半透膜的方向是双向的，但 S2→S1 的明显多于 S1→S2 的， B 错误；装置 A 达到渗透平衡后，由于漏斗中溶液存在势能，所以 S1 溶液浓度仍大于 S2 溶液浓度，C 正确；由于葡萄糖能通过半透膜，所以装置 B 的现象是 S3 溶液液面先上升后下降，最终 S3 和 S2 溶液 液面持平，D 正确。 考向四 质壁分离实验的选材、原理与操作 7．在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如图 所示)。下列有关叙述正确的是 A．第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域 B．第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处 C．吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头 D．为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤 【答案】B 【解析】第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色的大液 泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小，A 错误。 第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现首先从细胞 的角隅处开始发生质壁分离，B 正确。吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸润整个标本， C 错误。第一次显微观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化进行前后对照，因此不 能省略，D 错误。 解题必备 关于细胞质壁分离和复原实验的注意点 （1）本实验存在两组对照实验 （2）引发质壁分离的两种原因 （3）本实验是教材中涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察(不曾换“高倍镜”)的实验。 8．以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是 A．正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱 B．正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深 C．发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同 D．该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离 【答案】B 【解析】紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液呈现紫色。正在发生质壁分离的细胞，因不断失水导致 细胞液的浓度逐渐增大，紫色区域逐渐缩小，该区域颜色逐渐变深，其吸水能力逐渐增强， A 错误，B 正确；因具有支持和保护作用的细胞壁也有一定程度的伸缩性，实验发生质壁分离后完全复原的细胞 其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同或大于外界溶液浓度，C 错误；该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内 表皮细胞作材料，是由于该类细胞的细胞液无色，不易观察质壁分离及其复原现象，D 错误。 考向五 质壁分离与复原的应用 9．取生理状态相同的某植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成三等份，分别放 入甲、乙、丙三种不同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后，