对“渗透作用”的一道题的思考

1、对“渗透作用”的一道题的思考重庆市云阳凤鸣中学楚维一、渗透装置的一道经典题目如果将质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液分别放入 U形管的左右两侧，中间用半透膜隔开（葡萄糖和蔗糖分子均不能通过），如右图所示。开始时液面齐平，一段时间后A左侧高于右侧B右侧高于左侧C左右两侧一样D无法确定葡萄糖溶液 蔗糖溶液错误分析一：如下假设：左边取10克葡萄糖，90克水，即为10%的葡萄糖溶 液，右侧取10克蔗糖（分子数少于葡萄糖分子数），90克水，即为10%的蔗糖溶 液，两者的总质量相等，质量百分比也相等。虽然两者的溶质分子数不相同，但 是，其溶剂水均为90克，故溶剂的分子数相等。而两边起

2、初的体积是相同的，故 水的物质的量浓度相等。水分子流动处于动态平衡。错误分析一中的推理，是在质量百分比相同的条件下，假定了两者溶质溶剂 质量相等，然后利用两者体积相同来得出两者水的物质的量浓度相等。而实际上等质量的10%的蔗糖溶液和葡萄糖溶液，其体积就不可 能相等了。我们可以举个例子：把1mol葡萄糖和2mol 葡萄糖分别放入等量的水中，中间用半透膜隔开（如右 图所示），一定会发生渗透作用。但是，如若体积还相 同的话，那水的物质的量浓度也相同，那不是不会发生渗透作用吗？因此，而错 误分析一中，10g葡萄糖和蔗糖分别加入90g水中，两者的体积也是不会相同的， 而分析中却又利用已知条件体积相同来分

3、析。其实，正是由于等质量的、等质量 百分比的两种溶液加入到U形管两边时，蔗糖溶液体积小些，要达到题目所要求 的体积相等的话，还要加入10%的蔗糖溶液到右侧，才能与左边的葡萄糖溶液平 齐，因此使得右侧溶质和溶剂的质量都大于左侧，而体积又相等，才使水流动到左边多些。错误分析二：许多资料上是如下解释这道题的。既然质量百分比浓度相同， 因此在两者质量相等的情况下，由于葡萄糖是单糖，蔗糖是二糖，蔗糖的分子量 比葡萄糖大。所以蔗糖的分子数比葡萄糖少，而由于体积是相同的，所以蔗糖的 物质的量浓度小于葡萄糖的物质的量浓度。反过来，则蔗糖溶液中的水分子的物 质的量浓度比葡萄糖水分子的物质的量浓度大，故由右侧流向

4、左侧。错误分析二中，看起来是对的，而实际上犯了更多的错误。首先，如错误分 析一中的那样，在质量百分比相同的条件下，假定了质量相等的前提，蔗糖的分 子数要少，又利用体积相等，来得出蔗糖的物质的量浓度小于葡萄糖的物质的量 浓度。他之所以看起来是对的，是因为配置溶液时，等量的两种溶质加入到等量 的溶剂中，结果是蔗糖溶液的体积要略微小些，但是，蔗糖的物质的量比葡萄糖 的物质的量要少将近1半，因此，仍然是蔗糖的物质的量浓度小些。但是，我们 不能因此而忽略体积的变化，否则，就会得出如错误分析一中分析的那样，由于 溶剂分子数相同，体积相同，水只能处于动态平衡中。蔗糖溶液在这个错误的基础上，又错误的去分析水的

5、物质的量浓度的关系。我们现在 取出等体积的10%的蔗糖溶液和葡萄糖溶液。那么体积相同的话，水的物质的量 浓度可以由水分子的数目多少来决定，那么在相同的体积中，水分子到底哪个多 呢？虽然蔗糖的分子数少于葡萄糖分子数，但是，每个蔗糖分子所占的空间体积 比每个葡萄糖分子的空间体积却要大，又怎么能够推导出蔗糖溶液中水的分子数 多呢？如右图所示：左边正方形1代表葡萄糖溶液，右边正方形2代表蔗糖溶液， 两者体积相同，A代表葡萄糖分子，B代表蔗糖A分子，纵然B的分子数少于A的分子数；但是，/；： B中的每个蔗糖分子所占空间实际比A大，所以，指代卷最终还是无法判断水分子数量的多少。而实际上，梢:：；：； II

6、IIII是因为B的质量大于A的质量，而质量百分比要 葡萄糖溶液 相同的话，2中的溶剂的量也要大于1中溶剂的 量。为什么？请看正确分析。 正确的分析：等质量百分比浓度的条件下，蔗糖溶液的密度事实上大于葡萄糖溶液的密度，两边的体积起初是相同的，由M=pv知道，两边的总质量并不相同，右侧蔗糖溶 液的总质量是大于葡萄糖溶液的总质量。即蔗糖溶液（溶质2+溶剂2）葡萄糖溶 液（溶质1+溶剂1）又由于两者的质量分数相同，即:心溶质1_心溶质2心溶质1 +心溶剂1一心溶质2 +心溶剂2将分式颠倒，两边抵消1，不难推导M溶质2 M溶质，M溶剂2 M溶剂。既然溶剂2（蔗 糖溶液中的水分子）比溶剂1（葡萄糖溶液中的

7、水分子）多，而体积又相等，因此 蔗糖溶液中水的物质的量浓度大于葡萄糖中物质的量浓度。当然水要从右侧流向 左侧。综上所述，在体积和质量百分比相同的条件下，根据密度公式的推算，实际 上蔗糖的质量大于葡萄糖，并且，蔗糖溶液中的水的质量也大于葡萄糖溶液中水 的质量，水的物质的量浓度也要大于葡萄糖溶液中的物质的量浓度。故正确的答 案为A。可见解题时，不是由溶质的物质的量的浓度来推导溶剂的物质的量浓度， 反而是由溶液或溶质的质量来推导溶剂的物质的量浓度。由此，我们得到如下经验：第一，水分子渗透的方向应该由水分子的物质的 量浓度的大小来决定。第二，相同体积的，等质量百分比浓度的不同物质，他们 的物质的量百分

8、比浓度不一定相等。举个例子来说，等体积的10%的葡萄糖溶液 和10%的高分子蛋白质溶液，显然其物质的量浓度不同。这与不同溶质的分子量 有关，与不同的溶质与溶剂分子间距离有关。二、有关渗透作用的类似题型分析1、同上面题目，只是将条件改为半透膜允许溶剂和葡萄糖通过，而不允许蔗糖通 过,左右两侧液面开始和一段时间后液面的情况是：A左侧高于右侧B右侧高于左侧C先左侧高于右侧，后右侧高于左侧D先左侧低于右侧，后右侧低于左册分析：先应该右侧的水分子物质的量浓度大于左侧，故水一开始就进入左侧， 与此同时，葡萄糖也从左侧渗透扩散进入右侧，因此，最后右侧不但有蔗糖溶液 还有葡萄糖溶液，而左侧只有葡萄糖溶液，显然

9、左侧的水比右侧的物质的量浓度大，故最后水要从左侧进入到右侧。因此正确答案为C。2、右图为渗透作用实验示意图，开始如图一时间后结果如图二，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蔗糖溶池 匚一蔗糖溶侬A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，过一段下列说法错误的是: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图一中A中的水分子扩散到B的速度大于A中水分子扩散到C的速D图二中A中的水分子扩散到B的速度等于B中水分子扩散到A的速度分析：由于H1大于H2,说明，B蔗糖溶液渗透压大于C蔗糖溶液渗透压， 即起初应该B溶液浓度大于C溶液浓度。在图二中，B、C溶液均达到动态平衡， 故

10、A进入B中和B进入A中的水分子数达到动态平衡，同理，A进入C中和C 进入A中的水分子数也达到动态平衡。但是，是否使得B、C中溶液浓度达到相 等呢？无法判断，因为B中溶质多些，但其溶剂也多些。因此正确答案为B。只 有B是错误的。3、为了解细胞膜内外溶液浓度差异对水分扩散的影响，设计了如下实验，在一长 方体密封箱内，正中P为一个可以左右无摩擦滑动的半透膜，A室与B室空间相 同，A室内充满2mol/L的蔗糖溶液，B室充满1mol/L的蔗糖溶液。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12分析说明：（1）实验开始后，P向 方向移动，原因是。（2） P移动到箱外标记的何处可停止。（3） 停止后的A、B两室蔗糖溶液的浓度各是 mol/L。（4）由实验可知，生物体细胞要渗透吸水，其外界溶液浓度必须 细 胞内液浓度（填大于或小于）。分析：（1） A、B的体积相同，而A的浓度大于B的浓度，因此A中溶剂 少于B中溶剂的数量，。因为水分子由B室向A室扩散的速度快，数量多，使A 室的溶液增多，把P由A推向B，故P向B方向移动。（2）设要移动到X坐标处，列方程，2/X=1/（12X），解得X=8（3）2X6/8=1.5mol/L=1X6/4（4）小于我们发现，溶液竖直放置形成液柱和溶液横向放置的情况是不相同的。因