4.2.1 细胞内外的物质交换(一) 学案（含答案）

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1、第第 14 课时课时 细胞内外的物质交换细胞内外的物质交换(一一) 目标导读 1.通过教材 P67模拟实验， 了解渗透作用的条件和机理， 理解细胞膜的选择透过 性。2.结合教材 P6971探究，观察植物细胞的质壁分离与复原。 重难点击 1.渗透作用的条件和机理，细胞膜的选择透过性。2.植物细胞的质壁分离与复 原实验。 一、细胞膜的选择透过性 植物细胞的细胞壁和细胞膜构成了细胞最外层的两道屏障，这两道屏障起的作用不同， 细胞壁是全透性的，而细胞膜具有选择透过性。结合教材P67模拟实验，分析膜的通透性原理。 (1)A 装置中 开始时长颈漏斗内的溶液呈现蓝色，这是铜离子的颜色，一段时间后，烧杯中原本

2、无色的 蒸馏水变为蓝色，这说明铜离子通过玻璃纸进入烧杯中。 漏斗内的液面会下降，最终 A 装置内外的液面相平。 像这样某种物质从浓度高的地方向浓度低的地方移动的过程叫做扩散。 (2)B 装置中 烧杯内的蒸馏水不变红，这说明红墨水中的染料分子不能透过玻璃纸。 长颈漏斗内的液面上升，这说明水分子可以通过玻璃纸向漏斗内扩散。 (3)通过 A、B 装置实验可以判定，玻璃纸允许水分子和铜离子通过，不允许染料分子通过， 像玻璃纸这样某些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性膜，叫半透膜。 (4)这种水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，叫做渗透作用。 (5)渗透作用的条件 B 装置中，如果将玻璃纸换

3、成塑料布，漏斗内液面将不会(会、不会)上升；如果漏斗内也 注入蒸馏水，渗透作用将不会(会、不会)发生。 这说明渗透作用的产生必须具备两个条件： 一是具有半透膜； 二是半透膜两侧的溶液具有 浓度差。 (6)渗透作用的原理：以半透膜为界面，B 装置漏斗内蔗糖溶液中单位体积内的水分子数比 清水中单位体积内的水分子数少， 所以在单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数比由蔗 糖溶液进入清水的水分子数多。因此，一段时间后，漏斗管内的液面会上升。 (7)B 装置的液面高度差会不会一直升高，为什么？ 答案 不会。长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也随之变大，当静水压增大到和 渗透压相等时(二者的方向相反

4、，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水 分子数相等，因此，液面就不再升高了。 (8)当 B 装置液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？ 答案 不相等。当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。 (9)如果增加蔗糖溶液的浓度，最终形成的液面高度差会增大。 归纳提炼 1渗透系统的组成 (1)半透膜；(2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。 2扩散作用和渗透作用的关系 物质从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散作用。 渗透作用是一种特殊方式的扩散， 它 是指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。 3渗透作用的原理 活学活用 1“

5、人造细胞”是用羊皮纸或火棉胶等半透性膜材料做成的一个密闭的囊，囊里面装了等 量的不同浓度的蔗糖溶液。假设有三个这样的“人造细胞”，分别用 A、B、C 表示，它们 中的蔗糖溶液浓度分别是 10%、20%和 30%。其中 A、B 细胞的外面套一金属网笼，C 细胞 的外面没有套金属网笼，如图把三个“人造细胞”同时放在浓度为 15%的蔗糖溶液的玻璃 槽中，据图回答下列问题： (1)经过一段时间后，三个“细胞”的变化分别是( ) AA 变大，B 稍微变小，C 不变 BA 变小，B 稍微变大，C 不变 CA 变小，B 稍微变大，C 变大 DA 变大，B 稍微变小，C 变大 (2)一段时间后，A、B 的体积

6、不再变化，此时 A 内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相 比_(较高、 较低、 相等)。 B 内蔗糖溶液的浓度和外界蔗糖溶液的浓度相比_(较 高、较低、相等)。 问题导析 (1)A 细胞内的蔗糖溶液浓度为 10%，而 A 细胞外的蔗糖溶液浓度为 15%，所以 A 细胞会失水变小。 (2)B 细胞内的蔗糖溶液浓度为 20%，而 B 细胞外的蔗糖溶液浓度为 15%，所以 B 细胞会吸 水，但由于 B 细胞的外面套一金属网笼，所以 B 细胞的体积稍微变大。 (3)C 细胞内的蔗糖溶液浓度为 30%，而 C 细胞外的蔗糖溶液浓度为 15%，所以 C 细胞会吸 水，由于 C 细胞的外面没有套一金属网笼

7、，所以 C 细胞的体积变大。 答案 (1)C (2)相等 较高 解析 (1)由于水分子能够通过半透膜由低浓度向高浓度溶液渗透，因此可以判断 A 失水体 积缩小，B 和 C 会吸水膨胀，但由于 B 的外面套有金属网笼，体积会被限制在金属网笼的 大小范围内，只是稍微变大。(2) A 体积不再变化时，说明此时 A 内蔗糖溶液的浓度和外界 蔗糖溶液的浓度相等，水分进出平衡，而 B 的体积只能稍微增大，内部的蔗糖溶液浓度仍 然高。二、探究细胞质壁分离和复原与外界溶液浓度的关系 植物细胞也具有类似于渗透装置的结构，也能发生渗透作用，阅读教材 P6971内容，结 合植物细胞结构特点，探究以下内容： 1结合植

8、物细胞的结构分析渗透现象 (1)植物细胞的细胞膜、 液泡膜以及两层膜之间的细胞质， 称为原生质层， 具有选择透过性， 相当于一层半透膜。 (2)植物细胞内的液体环境主要是指液泡内部的细胞液。当细胞液浓度外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。 (4)植物细胞在清水中会不会和动物细胞一样发生涨破的现象？ 答案 不会。植物细胞具有细胞壁，细胞壁伸缩性较小，所以植物细胞不能无限地吸水，不 会涨破。 2探究细胞质壁分离和复原与外界溶液浓度的关系的相关实验 实验一 细胞质壁分离实验 将一定量的不同浓度梯度的蔗糖溶液分别加入不同的培养皿中(如图所示) 实验二 细胞质壁分离复原实验 将实验一中发生质壁分

9、离的细胞做如下处理 (1)假设所用的洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液浓度在 0.150.18 g/mL 之间，推测不同浓度蔗 糖溶液中细胞的变化，填入下表： 蔗糖溶液浓度 0.1 g/mL 0.2 g/mL 0.3 g/mL 0.4 g/mL 细胞吸水、失水 吸水 失水 失水 失水 质壁分离程度 不发生 轻微 明显 很明显 (2)要进一步探究细胞开始质壁分离的准确浓度，应该怎样做？ 答案 在 0.1 g/mL 和 0.2 g/mL 浓度之间设置更小的浓度梯度，进行相同的实验。 小贴士 (1)实验成功的关键是实验材料的选择，必须选择有大液泡并有颜色的植物细胞， 便于在显微镜下观察。 (2)质壁分离和质

10、壁分离复原中水分子移动是双向的，结果是双向水分子运动的差别所导致 的现象。 (3)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低的外界溶液，因为细胞壁是全透性 的，且有水分子通过原生质层渗出来。 归纳提炼 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，与外界溶液形成浓度差。 (3)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。 2实验试剂 (1)若使用质量浓度为 0.5 g/mL 的蔗糖溶液，则质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液 浓度过高，细胞过度失水，导致死亡。 (2)若使用质量浓度为 1 mol/L 的 KNO3溶液(或乙醇、尿素、NaCl 溶液)，则

11、细胞能发生质壁 分离，并能自动复原。因为 K 和 NO 3可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，细胞渗透吸水。 (3)若使用质量浓度为 1 mol/L 的醋酸溶液，则不发生质壁分离及复原现象。因为醋酸能杀死 细胞，使原生质层失去选择透过性。 活学活用 2.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中， 某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞 正处于如图所示的状态。a、b 表示该部位的溶液浓度，由此可推测( ) A可能 ab，细胞渗透吸水 Bab，渗透系统保持动态平衡 Cab，细胞渗透失水 D上述三种情况都有可能 问题导析 (1)图中 a 为细胞液，b 为外界溶液，二者之间为原生质层。 (2)若细胞渗透失水

12、，则 ab。 (4)若细胞水分子的进出处于动态平衡，则 ab。 答案 D 解析 图示细胞正处于“质壁分离”状态， 要注意此状态下一步可以是液泡继续增大， 也可 以是液泡继续变小，也可以是液泡不发生变化。该细胞可能正处于质壁分离过程中，也可能 处于质壁分离后的动态平衡过程中， 也可能正处于发生质壁分离复原的过程中， 故答案D正确。 1下列叙述，正确的打“”，错误的打“”。 (1)发生渗透作用的两个条件是存在半透膜、膜两侧的溶液存在浓度差( ) (2)达到渗透平衡时，半透膜两侧的水分子进行的是双向运动( ) (3)成熟红细胞在低浓度溶液中一定会吸水涨破( ) (4)原生质层是指细胞膜和液泡膜( )

13、 (5)外界溶液浓度大于细胞液浓度时，洋葱表皮细胞质壁分离，细胞液颜色变浅( ) (6)物质通过细胞膜的跨膜运输都必须是顺相对含量梯度进行的( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 2最能证明植物细胞发生渗透作用原理的实验是( ) A将萎蔫的青菜放入清水中会变得硬挺 B将根尖细胞放入清水中会吸水 C将土豆放入盐水中会变软 D观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原 答案 D 3质壁分离和复原实验可以说明或证明下列中的( ) 植物细胞的死活 原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大 当外界溶液浓度大于细 胞液浓度时，细胞渗透失水；反之，细胞则渗透吸水 原生质层具有选择透过性 细胞 壁的主要

14、成分是纤维素 A B C D 答案 B 解析 质壁分离和复原实验可以证明、，说明原生质层具有选择透过性，从而可以判断 细胞的死活，因死亡细胞的原生质层具有全透性。另外还可以测定细胞液浓度。 4某校研究性学习小组利用如下实验材料做相关实验，请分析回答下列问题： (1)用上述材料进行质壁分离实验，应选择的最佳实验材料是_(填序号)。 (2)在观察质壁分离实验中，将取自同一材料同一区域的三个细胞分别放在 A、B、C 三种不 同浓度的蔗糖溶液中，实验结果分别如下图 1、2、3 所示，这三种蔗糖溶液的浓度由大到小 依次是_(用字母表示)。 (3)将图 3 细胞放入_中，细胞能由图 3 恢复成图 1 的状态，此过程称为 _。 答案 (1) (2)C B A (3)清水 质壁分离复原 解析 (1)紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞具有大液泡，在较高浓度的外界溶液中可以发生质 壁分离，其紫色液泡便于观察。(2)当蔗糖溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞渗透失水，会 导致质壁分离，而且蔗糖溶液浓度越高，细胞失水越多，质壁分离越明显；当蔗糖溶液浓度 小于或等于细胞液浓度时，细胞不会发生质壁分离。据图可知，蔗糖溶液浓度的大小关系是 CBA。(3)将发生质壁分离的活细胞放入清水中后，细胞会发生渗透吸水，最终完成质 壁分离复原。