對(duì)“滲透作用”的一道題的思考

1、對(duì)“滲透作用”的一道題的思考重慶市云陽鳳鳴中學(xué)楚維一、滲透裝置的一道經(jīng)典題目如果將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的蔗糖溶液分別放入 U形管的左右兩側(cè)，中間用半透膜隔開（葡萄糖和蔗糖分子均不能通過），如右圖所示。開始時(shí)液面齊平，一段時(shí)間后A左側(cè)高于右側(cè)B右側(cè)高于左側(cè)C左右兩側(cè)一樣D無法確定葡萄糖溶液 蔗糖溶液錯(cuò)誤分析一：如下假設(shè)：左邊取10克葡萄糖，90克水，即為10%的葡萄糖溶 液，右側(cè)取10克蔗糖（分子數(shù)少于葡萄糖分子數(shù)），90克水，即為10%的蔗糖溶 液，兩者的總質(zhì)量相等，質(zhì)量百分比也相等。雖然兩者的溶質(zhì)分子數(shù)不相同，但 是，其溶劑水均為90克，故溶劑的分子數(shù)相等。而兩邊起

2、初的體積是相同的，故 水的物質(zhì)的量濃度相等。水分子流動(dòng)處于動(dòng)態(tài)平衡。錯(cuò)誤分析一中的推理，是在質(zhì)量百分比相同的條件下，假定了兩者溶質(zhì)溶劑 質(zhì)量相等，然后利用兩者體積相同來得出兩者水的物質(zhì)的量濃度相等。而實(shí)際上等質(zhì)量的10%的蔗糖溶液和葡萄糖溶液，其體積就不可 能相等了。我們可以舉個(gè)例子：把1mol葡萄糖和2mol 葡萄糖分別放入等量的水中，中間用半透膜隔開（如右 圖所示），一定會(huì)發(fā)生滲透作用。但是，如若體積還相 同的話，那水的物質(zhì)的量濃度也相同，那不是不會(huì)發(fā)生滲透作用嗎？因此，而錯(cuò) 誤分析一中，10g葡萄糖和蔗糖分別加入90g水中，兩者的體積也是不會(huì)相同的， 而分析中卻又利用已知條件體積相同來分

3、析。其實(shí)，正是由于等質(zhì)量的、等質(zhì)量 百分比的兩種溶液加入到U形管兩邊時(shí)，蔗糖溶液體積小些，要達(dá)到題目所要求 的體積相等的話，還要加入10%的蔗糖溶液到右側(cè)，才能與左邊的葡萄糖溶液平 齊，因此使得右側(cè)溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量都大于左側(cè)，而體積又相等，才使水流動(dòng)到左邊多些。錯(cuò)誤分析二：許多資料上是如下解釋這道題的。既然質(zhì)量百分比濃度相同， 因此在兩者質(zhì)量相等的情況下，由于葡萄糖是單糖，蔗糖是二糖，蔗糖的分子量 比葡萄糖大。所以蔗糖的分子數(shù)比葡萄糖少，而由于體積是相同的，所以蔗糖的 物質(zhì)的量濃度小于葡萄糖的物質(zhì)的量濃度。反過來，則蔗糖溶液中的水分子的物 質(zhì)的量濃度比葡萄糖水分子的物質(zhì)的量濃度大，故由右側(cè)流向

4、左側(cè)。錯(cuò)誤分析二中，看起來是對(duì)的，而實(shí)際上犯了更多的錯(cuò)誤。首先，如錯(cuò)誤分 析一中的那樣，在質(zhì)量百分比相同的條件下，假定了質(zhì)量相等的前提，蔗糖的分 子數(shù)要少，又利用體積相等，來得出蔗糖的物質(zhì)的量濃度小于葡萄糖的物質(zhì)的量 濃度。他之所以看起來是對(duì)的，是因?yàn)榕渲萌芤簳r(shí)，等量的兩種溶質(zhì)加入到等量 的溶劑中，結(jié)果是蔗糖溶液的體積要略微小些，但是，蔗糖的物質(zhì)的量比葡萄糖 的物質(zhì)的量要少將近1半，因此，仍然是蔗糖的物質(zhì)的量濃度小些。但是，我們 不能因此而忽略體積的變化，否則，就會(huì)得出如錯(cuò)誤分析一中分析的那樣，由于 溶劑分子數(shù)相同，體積相同，水只能處于動(dòng)態(tài)平衡中。蔗糖溶液在這個(gè)錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上，又錯(cuò)誤的去分析水的

5、物質(zhì)的量濃度的關(guān)系。我們現(xiàn)在 取出等體積的10%的蔗糖溶液和葡萄糖溶液。那么體積相同的話，水的物質(zhì)的量 濃度可以由水分子的數(shù)目多少來決定，那么在相同的體積中，水分子到底哪個(gè)多 呢？雖然蔗糖的分子數(shù)少于葡萄糖分子數(shù)，但是，每個(gè)蔗糖分子所占的空間體積 比每個(gè)葡萄糖分子的空間體積卻要大，又怎么能夠推導(dǎo)出蔗糖溶液中水的分子數(shù) 多呢？如右圖所示：左邊正方形1代表葡萄糖溶液，右邊正方形2代表蔗糖溶液， 兩者體積相同，A代表葡萄糖分子，B代表蔗糖A分子，縱然B的分子數(shù)少于A的分子數(shù)；但是，/；： B中的每個(gè)蔗糖分子所占空間實(shí)際比A大，所以，指代卷最終還是無法判斷水分子數(shù)量的多少。而實(shí)際上，梢:：；：； II

6、IIII是因?yàn)锽的質(zhì)量大于A的質(zhì)量，而質(zhì)量百分比要 葡萄糖溶液 相同的話，2中的溶劑的量也要大于1中溶劑的 量。為什么？請(qǐng)看正確分析。 正確的分析：等質(zhì)量百分比濃度的條件下，蔗糖溶液的密度事實(shí)上大于葡萄糖溶液的密度，兩邊的體積起初是相同的，由M=pv知道，兩邊的總質(zhì)量并不相同，右側(cè)蔗糖溶 液的總質(zhì)量是大于葡萄糖溶液的總質(zhì)量。即蔗糖溶液（溶質(zhì)2+溶劑2）葡萄糖溶 液（溶質(zhì)1+溶劑1）又由于兩者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同，即:心溶質(zhì)1_心溶質(zhì)2心溶質(zhì)1 +心溶劑1一心溶質(zhì)2 +心溶劑2將分式顛倒，兩邊抵消1，不難推導(dǎo)M溶質(zhì)2 M溶質(zhì)，M溶劑2 M溶劑。既然溶劑2（蔗 糖溶液中的水分子）比溶劑1（葡萄糖溶液中的

7、水分子）多，而體積又相等，因此 蔗糖溶液中水的物質(zhì)的量濃度大于葡萄糖中物質(zhì)的量濃度。當(dāng)然水要從右側(cè)流向 左側(cè)。綜上所述，在體積和質(zhì)量百分比相同的條件下，根據(jù)密度公式的推算，實(shí)際 上蔗糖的質(zhì)量大于葡萄糖，并且，蔗糖溶液中的水的質(zhì)量也大于葡萄糖溶液中水 的質(zhì)量，水的物質(zhì)的量濃度也要大于葡萄糖溶液中的物質(zhì)的量濃度。故正確的答 案為A?？梢娊忸}時(shí)，不是由溶質(zhì)的物質(zhì)的量的濃度來推導(dǎo)溶劑的物質(zhì)的量濃度， 反而是由溶液或溶質(zhì)的質(zhì)量來推導(dǎo)溶劑的物質(zhì)的量濃度。由此，我們得到如下經(jīng)驗(yàn)：第一，水分子滲透的方向應(yīng)該由水分子的物質(zhì)的 量濃度的大小來決定。第二，相同體積的，等質(zhì)量百分比濃度的不同物質(zhì)，他們 的物質(zhì)的量百分

8、比濃度不一定相等。舉個(gè)例子來說，等體積的10%的葡萄糖溶液 和10%的高分子蛋白質(zhì)溶液，顯然其物質(zhì)的量濃度不同。這與不同溶質(zhì)的分子量 有關(guān)，與不同的溶質(zhì)與溶劑分子間距離有關(guān)。二、有關(guān)滲透作用的類似題型分析1、同上面題目，只是將條件改為半透膜允許溶劑和葡萄糖通過，而不允許蔗糖通 過,左右兩側(cè)液面開始和一段時(shí)間后液面的情況是：A左側(cè)高于右側(cè)B右側(cè)高于左側(cè)C先左側(cè)高于右側(cè)，后右側(cè)高于左側(cè)D先左側(cè)低于右側(cè)，后右側(cè)低于左冊分析：先應(yīng)該右側(cè)的水分子物質(zhì)的量濃度大于左側(cè)，故水一開始就進(jìn)入左側(cè)， 與此同時(shí)，葡萄糖也從左側(cè)滲透擴(kuò)散進(jìn)入右側(cè)，因此，最后右側(cè)不但有蔗糖溶液 還有葡萄糖溶液，而左側(cè)只有葡萄糖溶液，顯然

9、左側(cè)的水比右側(cè)的物質(zhì)的量濃度大，故最后水要從左側(cè)進(jìn)入到右側(cè)。因此正確答案為C。2、右圖為滲透作用實(shí)驗(yàn)示意圖，開始如圖一時(shí)間后結(jié)果如圖二，漏斗管內(nèi)液面不再變化，H1、H2表示漏斗管內(nèi)液面與清水的液面差蔗糖溶池 匚一蔗糖溶儂A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，過一段下列說法錯(cuò)誤的是:A圖一中B的濃度大于C的濃度B圖二中B的濃度等于C的濃度C圖一中A中的水分子擴(kuò)散到B的速度大于A中水分子擴(kuò)散到C的速D圖二中A中的水分子擴(kuò)散到B的速度等于B中水分子擴(kuò)散到A的速度分析：由于H1大于H2,說明，B蔗糖溶液滲透壓大于C蔗糖溶液滲透壓， 即起初應(yīng)該B溶液濃度大于C溶液濃度。在圖二中，B、C溶液均達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡， 故

10、A進(jìn)入B中和B進(jìn)入A中的水分子數(shù)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，同理，A進(jìn)入C中和C 進(jìn)入A中的水分子數(shù)也達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。但是，是否使得B、C中溶液濃度達(dá)到相 等呢？無法判斷，因?yàn)锽中溶質(zhì)多些，但其溶劑也多些。因此正確答案為B。只 有B是錯(cuò)誤的。3、為了解細(xì)胞膜內(nèi)外溶液濃度差異對(duì)水分?jǐn)U散的影響，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，在一長 方體密封箱內(nèi)，正中P為一個(gè)可以左右無摩擦滑動(dòng)的半透膜，A室與B室空間相 同，A室內(nèi)充滿2mol/L的蔗糖溶液，B室充滿1mol/L的蔗糖溶液。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12分析說明：（1）實(shí)驗(yàn)開始后，P向 方向移動(dòng)，原因是。（2） P移動(dòng)到箱外標(biāo)記的何處可停止。（3） 停止后的A、B兩室蔗糖溶液的濃度各是 mol/L。（4）由實(shí)驗(yàn)可知，生物體細(xì)胞要滲透吸水，其外界溶液濃度必須 細(xì) 胞內(nèi)液濃度（填大于或小于）。分析：（1） A、B的體積相同，而A的濃度大于B的濃度，因此A中溶劑 少于B中溶劑的數(shù)量，。因?yàn)樗肿佑葿室向A室擴(kuò)散的速度快，數(shù)量多，使A 室的溶液增多，把P由A推向B，故P向B方向移動(dòng)。（2）設(shè)要移動(dòng)到X坐標(biāo)處，列方程，2/X=1/（12X），解得X=8（3）2X6/8=1.5mol/L=1X6/4（4）小于我們發(fā)現(xiàn)，溶液豎直放置形成液柱和溶液橫向放置的情況是不相同的。因