2025版高考生物一轮总复习教案必修1第二单元细胞的基本结构与物质输入和输出第三讲细胞的物质输入和输出考点一渗透作用与细胞的吸水和失水

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考点一 渗透作用与细胞的吸水和失水
必备知识·夯实基础
知|识|巩|固
1．渗透作用
(1)概念：指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散过程。
(2)原理
1．渗透作用与扩散的比较
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
2．渗透方向：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较多。
3．这里的浓度是溶质物质的量浓度，不是溶质的质量浓度。例如向两烧杯水中，各加入1 g葡萄糖和1 g蔗糖完全溶解后，葡萄糖溶液的物质的量浓度大于蔗糖溶液物质的量浓度。
4．液面稳定时，处于动态平衡，两者之间还是有水分子进出，只不过数目基本相同。
5．液面稳定后，只要存在液面差，原高浓度的溶液浓度仍大于原低浓度的溶液。
2．动植物细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
②现象
(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)
①原理
②现象
思|维|辨|析
易错整合，判断正误。
(1)渗透作用中膜两侧溶液的浓度指的是质量浓度。( × )
(2)当外界溶液浓度低时，哺乳动物成熟红细胞一定会吸水涨破。( × )
(3)红细胞吸水与失水的多少取决于红细胞内外浓度的差值。( √ )
(4)植物细胞内的液体环境主要指的是细胞质基质中的细胞液。( × )
(5)植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。( × )
延|伸|探|究
1．对于动植物细胞来说，单位时间内，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外液体的浓度一定相等吗？为什么？
提示：不一定。对于动物细胞来说，水分子进出细胞的数量相等时，细胞内外溶液的浓度相等。但植物细胞有细胞壁的支持、保护作用，单位时间内水分子进出植物细胞的数量相等时，有可能细胞液浓度大于细胞外溶液浓度。
2．下图甲、乙、丙分别是细胞在不同浓度溶液中水分子的跨膜运输示意图(箭头大小代表水分子数的多少)。请回答下列问题。
(1)若将人的成熟红细胞放入清水中，会出现上图所示哪种现象？分析原因。
提示：会出现图甲所示现象。将人的成熟红细胞放入清水中，发生渗透作用，从细胞外进入细胞内的水分子多于从细胞内到细胞外的水分子，细胞吸水。
(2)若将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会出现上图所示哪种现象？达到平衡时，水分子进出细胞的状况是上图中哪一种？
提示：将洋葱表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，细胞外界溶液浓度较大，细胞失水，如图丙所示；达到平衡时，水分子进出细胞的速率相等，如图乙所示。
(3)若某叶肉细胞正处于图甲所示状态，一段时间内细胞体积增大，最终会不会涨破？为什么？
提示：细胞不会涨破，因为植物细胞的细胞壁有支持和保护作用。
剖析难点·考点突破
重|难|精|讲
1．影响渗透作用中液面变化的因素分析
2.渗透作用实验装置的拓展应用
(1)验证渗透作用发生的条件
①具有半透膜
②半透膜两侧溶液具有浓度差
(2)比较不同溶液浓度的大小
漏斗内溶液浓度为M，烧杯内溶液浓度为N，以下为各种现象及对应的结论：
精|准|命|题
考向一 围绕渗透作用的原理及应用分析，考查理解能力
》例1 (2024·广东六校联考)某兴趣小组用图甲研究渗透作用，a和b均为蔗糖溶液，c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是( D )
A．烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏斗中蔗糖溶液浓度
B．若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶，则Δh最终将变小
C．t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同
D．若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶，则Δh将先变大后变小
解析：漏斗液面高于烧杯液面说明漏斗中蔗糖溶液浓度大于烧杯中蔗糖溶液浓度，A错误；若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶，蔗糖分解为单糖，烧杯内溶液浓度会先上升，由于c允许单糖通过，继而烧杯内溶液浓度会下降，则Δh将先变小后变大，最终将变大，B错误；t2时刻半透膜两侧水分子进出速率相等，但是由于漏斗与烧杯的液面不一样高，因此膜两侧溶液浓度不可能相等，C错误；若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶，蔗糖分解为单糖，漏斗内溶液浓度会先上升，由于c允许单糖通过，继而漏斗内溶液浓度会下降，则Δh将先变大后变小，D正确。
渗透装置中溶液渗透方向与浓度的判断
〔变式训练1〕 如图为一个渗透装置，假设溶液中的分子或离子不能通过半透膜，
实验开始时，液面a和b平齐。下列判断正确的是( A )
A．如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则液面a会下降，液面b会上升
B．如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，则液面a会下降，液面b会上升
C．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度相等
D．当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等
解析：如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，则水分子主要向乙一侧扩散，液面a会下降，液面b会上升，A正确；如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的质量分数相同，由于蔗糖是二糖，葡萄糖是单糖，因此甲的物质的量浓度大于乙，则液面a会上升，液面b会下降，B错误；当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，由于两侧的液面高度差可能不同，因此甲、乙溶液的浓度不一定相等，甲、乙溶液的渗透压也不一定相等，C、D错误。
考向二 动植物细胞吸水和失水分析
》例2 (2022·全国甲卷)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是( C )
A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c
C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度
D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
解析： 由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确；水分交换前，细胞a的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，细胞c的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液的浓度，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确；由题意可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液浓度相等；水分交换达到平衡时，虽然细胞内外溶液浓度相同，但细胞c失水后外界蔗糖溶液的浓度减小，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误；在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。
〔变式训练2〕 (2023·江西高三阶段练习)将人成熟的红细胞置于盛有0.9%氯化钠溶液的烧杯中，细胞形态没有发生改变。下列有关分析正确的是( D )
A．在光学显微镜下能观察到水分子进出成熟红细胞
B．氯化钠溶液中的Na＋和Cl－不能通过成熟红细胞的细胞膜
C．水分子可以进出成熟红细胞，但需要消耗能量
D．若向烧杯中加入少量葡萄糖，则细胞可能会皱缩后再恢复原状
解析：在光学显微镜下不能观察到水分子的运动方向，A错误；氯化钠溶液中的Na＋和Cl－能通过成熟红细胞的细胞膜进入红细胞内，B错误；水分子可以通过磷脂双分子层和水通道蛋白进出红细胞，不消耗能量，C错误；若向烧杯中加入少量葡萄糖，则由于外界溶液浓度较高，细胞可能先发生失水，而后由于葡萄糖进入细胞使得细胞内的溶质浓度增大，导致细胞吸水，D正确。课标要求
核心素养
1．阐明质膜具有选择透过性。
2．举例说明哪些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；哪些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。
3．举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。
1．结合细胞膜的化学组成，理解细胞膜具有选择透过性的原因。(生命观念)
2．比较自由扩散、协助扩散、主动运输和胞吞、胞吐方式的异同点，并能根据一种物质进出细胞的特点判断其运输方式。(科学思维)
3．选择合适的实验材料，观察植物细胞的质壁分离与复原，分析实验结果，得出实验结论。(科学探究)
当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞发生质壁分离现象
当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破
当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，细胞维持正常形态
半透膜表面积的大小
半透膜两侧的浓度差
在浓度NB＝NC>NA，其他条件相同的情况下，半透膜的表面积越大，单位时间内进出半透膜的水量越多，液面变化越明显
结果：vB>vC，ΔhB＝ΔhC
在其他条件相同的情况下，半透膜两侧的浓度差越大，单位时间内进出半透膜的水量越多，液面变化越明显
结果：vB>vC，ΔhB>ΔhC