2022年高中生物 细胞中的元素和化合物教案 新人教版必修1

2022年高中生物 细胞中的元素和化合物教案 新人教版必修1知识梳理1.组成细胞的元素 细胞中常见的元素有_种，其中有些含量较多，被称为大量元素，如_等；有些含量很少，称为微量元素，如_等。组成细胞的元素中_四种的含量最多，在干重中C的含量达到_，表明C是构成细胞的_。2.组成细胞的化合物组成细胞的各种元素大多以_的形式存在。细胞内的化合物有： 化合物 含量3.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 某些化学试剂能使生物组织中的有关有机物产生特定的_。还原糖与_发生作用，生成_色沉淀；脂肪可被_染成橘黄色，淀粉遇碘变_色；蛋白质与_发生作用产生紫色反应。疑难突破1.自然界中的任何生物都是由化学元素组成的，在细胞中可找到的至少有62种元素，它们在细胞内主要以化合物形式存在。怎样理解元素、化合物与生命的关系？ 剖析：细胞是由化合物组成的，而化合物是由分子组成的，分子又是由原子组成的。组成细胞的主要化学元素有20多种，不管元素含量的多少，必需元素在生物体内都有不可替代的作用，没有这些元素，生物体就不能表现出相应的生命活动。从这方面说，它们是生命活动的物质基础。 生命系统内部有严谨有序的结构，我们将细胞内所包含的全部物质按比例配齐也无法构成一个生命系统。组成生物体的化学元素虽然在生物体内都有一定的生理作用，但单一的某种元素不可能表现出相应的生理功能，这些元素只有在机体中在生物体特有的结构基础上，才有机地结合成各种化合物，这些化合物相互作用才能体现出相应的生理功能。因此，这些化合物也是生命活动的物质基础。2.某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。根据这个原理，我们能够检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。在这个实验中，应该注意哪些问题？ 剖析：做好实验，不仅要知道该实验的目的要求、使用什么材料用具，能够独立地正确操作，能够实事求是地观察现象和记录数据，而且还要理解实验原理，能够综合分析所得到的现象和数据，获得正确的结果，进一步推导出结论。 （1）本实验成功的关键在于实验材料的选择。为提高实验效果，应选择那些含糖量较高，富含脂肪、蛋白质的生物组织作为实验材料。要充分理解教材中选用特定材料的意图，比如材料中含有的必须是可溶性还原糖，蔗糖不是还原糖因此不能用，淀粉既无还原性也能溶解，因此也不能用。 （2）在检测组织中的可溶性还原糖时，斐林试剂必须现配现用，混合均匀后一次加入。水浴加热时试管底部不要触及烧杯底部，以防止试管受热不均匀而爆裂。 （3）在检测组织中的脂肪时，切出符合要求的薄切片是实验结果能否满意的关键。要按照教材要求练习徒手切片技术。 （4）在检测组织中的蛋白质时，双缩脲试剂要逐个加入，实验样液要留出一份作为对照，便于最后进行比较。问题探究 问题：怎样解释生物界与非生物界的统一性和差异性？ 探究：此题的背景材料实际上就是所提问题的最好证据，从分析表中组成地壳和生物细胞的元素相对含量，可以得出明确的答案。 生物界与非生物界的统一性和差异性是生物学中重要的辩证唯物主义观点。一方面，生物界与非生物界具有统一性。主要依据：（1）组成生物体的化学元素在非生物界都可以找到，没有一种是生命物质所特有的；（2）生命起源于非生物界；（3）组成生物体的基本元素可以在生物界和非生物界之间反复地循环流动。另一方面，生物界和非生物界存在着本质的区别，具有差异性。主要依据就是组成生物体的化学元素在生物体内和无机自然界的含量相差很大，而且在不同的生物体内，各种化学元素的含量相差也是很大的。知识巧学升华一、组成细胞的元素1.大量元素是指含量占生物体元素总量万分之一以上的元素。 地球上天然存在的元素有90多种，在细胞中可找到至少62种元素，其中重要的有24种，常见的有29种。在生物体的元素构成中，C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素属于大量元素。2.微量元素通常指生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素，例如Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni等。这些元素虽然含量少，但如果缺失，会对生物体造成各种各样的伤害。例如硒能保护心脏，防止心肌纤维化，改善心房收缩和舒张性能，调整心率。如果缺硒，心肌受损造成心肌增大，急性或慢性心功能不全和各种类型的心率失常，急重症可导致死亡。3.在组成细胞的元素中，C、O、H、N这四种元素的含量最多。在干重中碳元素的含量达到48.4%。这表明C是构成细胞的基本元素。难点剖析C元素是构成生物体的主要成分之一。C原子含有6个质子、6个中子和6个电子。C原子的4个价电子可与许多原子结合，但主要是与H、O、N和S结合，也可以与其他C原子形成共价键。C和C之间以共价键形成的长链可以是直链，也可以是支链。相邻的C原子之间还可以结合成双键或三键。种类繁多的生物大分子都是以C链为基本骨架的。生物大分子，如多糖、蛋白质和核酸都是由许多基本组成单位（又叫单体）连接而成的多聚体。4.各种元素在生物体内的存在形式及功能不同。有的以离子状态调节机体的生理功能（如K+在植物体内促进糖类物质向根茎部分运输），还有的兼有多种功能，如Mg是叶绿素的组成成分，Mg2+是调节体液平衡的因素之一，还是许多酶的激活因子。多数的元素以化合物的形式构成生物体：由C、H、O构成的糖类、脂类，由C、H、O、N、S构成的蛋白质以及由C、H、O、N、P构成的核酸等是构成细胞和生物体的重要组成物质，也是生物体生命活动的物质基础。知识拓展 微量元素与人体健康人体内的微量元素虽然含量很少，但对人体健康却起着重要作用。它们作为酶、激素、维生素和核酸的成分，参与生命的代谢过程。从某种意义上说，微量元素比维生素对机体更重要。目前已发现的微量元素有20余种，已知铁、碘、铜、锰、锌、钴、铬、硒、铝、氟、硅、锡、钒等微量元素与机体的生命活动关系密切。（1）在酶系统中起特异的活化中心作用。（2）在激素和维生素中起特异的生理作用。（3）输送元素的作用。（4）调节体液渗透压和酸碱平衡。（5）影响核酸代谢。（6）防癌、抗癌作用。二、组成细胞的化合物组成生物体的化学元素主要以化合物的形式存在。化合物分为无机化合物和有机化合物两大类，无机化合物包括水和无机盐，有机化合物包括糖类、脂质、核酸和蛋白质。各种化合物在生物体内的含量不同，水的含量最多，其次是蛋白质。每种化合物都有其重要的生理功能，但是任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质1.实验原理：生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质、淀粉等有机物，可以用特定的化学试剂来鉴定，根据特定的颜色反应来判断特定有机物是否存在。2.实验步骤：略误区警示 （1）斐林试剂很不稳定，故将斐林试剂的甲液（0.1 g/mL的NaOH溶液）和乙液（0.05 g/mL的CuSO4溶液）分别配制、储存，使用时，再临时配制，将45滴乙液滴入2 mL的甲液中，配完后立即使用。（2）双缩脲试剂的使用：应先加试剂A（0.1 g/mL的NaOH溶液），造成碱性的反应环境，再加试剂B（0.01 g/mL的CuSO4溶液）。要点提示 （1）在鉴定可溶性还原糖的实验中，对试管中的溶液进行加热时，试管底部不要触及烧杯底部，另外，试管口不要朝着实验者，以免沸腾的溶液冲出试管，造成烫伤。（2）在蛋白质的鉴定实验中，若用蛋白质做实验材料，必须稀释，以免实验后粘住试管，不易洗刷。（3）在鉴定脂肪的实验中，若用花生种子作实验材料，必须提前浸泡34 h，浸泡时间短了，不容易切片，浸泡时间过长，则组织太软，切下的薄片不易成形；另外染色时间不宜过长。问题思路探究问题1 细胞内最多的有机化合物和无机化合物分别是哪一种，你能推测它们对生命的意义吗？思路点拨:细胞中最多的有机化合物是蛋白质，无机化合物是水。蛋白质是组成生物体的重要物质，在生命活动中起重要作用；水是生命之源，离开水，生命活动就无法进行。问题2 并不是所有细胞中化合物的含量都一样。根据你的生活经验，说说哪些植物器官的细胞中富含糖类、脂质或蛋白质？怎样从植物器官中提取这些化合物？思路点拨:植物的叶肉细胞、果实细胞和种子的细胞中通常含有较多的糖类、脂质和蛋白质。如禾谷类的果实、种子中含淀粉（多糖）较多；甘蔗的茎和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻种子中含脂质多；大豆种子中含蛋白质多等等。要想从植物的果实、种子中获得糖类、脂质和蛋白质，就要设法使细胞破碎，再将这些物质提取出来。典题热题新题例1 科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下：其中植物根细胞吸收最少的离子是（）离子培养液浓度（mmol/L）K+1Na+1Mg2+Ca2+NOH2POSOZn2+110.251210.251A.Ca2+B.SOC.Zn2+D.H2PO思路解析：考查生物体内的大量元素和微量元素，根据组成生物体的化学元素在生物体内的含量不同，将其分为大量元素和微量元素。大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。微量元素包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。由于植物体需要大量的Ca、S、P等元素，这些元素只有靠根从培养液中吸取，而培养液能为花卉提供Ca、S、P的离子分别为Ca2+、SO、H2PO，因此花卉对这些离子的吸收量较大。而Zn属于微量元素，因此对Zn2+的吸收量最少。答案：C例2 几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发黄枯萎，即使施用了大量氮、磷、钾肥也无济于事。后来人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得很茂盛。经观察和研究后才知道这附近有一座钼矿，矿工上下班总是抄近路走，他们的鞋子上粘有钼矿粉，正是矿工鞋子踩过的地方牧草长得绿油油的。经过科学家的化验和分析，一公顷的牧草只需150克钼就足够了。下列关于这一现象的解释，正确的是（）A.钼是植物必需的微量元素B.钼是植物必需的大量元素C.钼是一种高效肥料，植物有了钼就能正常生长D.钼在植物生长发育过程中的作用是可以替代的思路解析：一片长势不良的牧草，被钼矿矿工踩过的地方才长得茂盛，这一方面说明矿工经过后，留下了矿粉，另一方面说明钼矿粉对牧草的生长发育起着十分重要的作用，是植物必需的。但一公顷的牧草只需150克，表明钼是微量元素。答案：A方法点拨 在本节课中，我们接触到了多种信息给予方式，通过学习我们应注意以下几点：学会提取并处理有效信息；学习过程中要联系实际，用所学的知识解决问题；遇到不寻常的现象，千万不要错过，往往不寻常的现象后面蕴藏着新的科学发现，一定要深入分析，穷追不舍。这是科学发现的一种好方法。例3 生物界与非生物界具有统一性，是因为（）A.构成细胞的化合物在非生物界都存在B.构成细胞的无机物在非生物界都存在C.构成细胞的化学元素在非生物界都存在D.生物界与非生物界都具有新陈代谢的功能思路解析：生物界与非生物界之所以具有统一性，是由于构成生物体的所有化学元素中没有特殊的“生命元素”，都可以在非生物界找到。但是由这些化学元素组成的化合物如核酸，在无机自然界中就不会存在，因为核酸是一切生物的遗传物质。新陈代谢是生物所具有的一项基本特征。答案：C深化升华 生命是在地球上产生，并随着环境变化逐渐进化而来的。原始的生命物质是由无机自然界中的非生命物质经漫长时间演变而来的，因此，构成生物体的化学元素都可以在无机自然界中找到，没有特殊的“生命元素”。课后强化1.下列有关组成生物体化学元素的论述，正确的是（）A.组成生物体和组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量最多B.人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大C.组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到D.不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似解析：考查生物界与非生物界既有统一性，又有差异性的观点，生物体内的元素，都是从无机自然界吸收的，所以组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到。答案：C2.下列有关组成生物体的化学元素的叙述错误的是（）A.在不同生物体细胞内，组成它们的化学元素种类大体相同B.在同一生物体细胞内，各种化学元素的含量相同C.组成生物体细胞的化学元素，在无机自然界都能找到D.组成生物体细胞的最基本的元素是碳解析：不管是相同的生物还是不同的生物，组成它们的化学元素种类是大体相同的，但是组成它们的各种元素在生物体内的含量是不同的。答案：B3.组成植物体的主要元素是（）A.C、H、O、N、Ca、PB.C、P、O、S、H、NC.B、H、O、N、S、ZnD.H、O、K、S、P、Mg解析：组成生物体的主要元素中，C是最基本的元素。C、H、O、N、P、S 6种元素是主要元素，大约占细胞重量的97。A选项中的Ca是大量元素而不是主要元素，C选项中的Zn是微量元素，D项中的Mg是大量元素而不是主要元素。答案：B4.下列能说明生物界与非生物界具有统一性的是（）A.生物和非生物都含有C、H、O、N等元素B.组成生物体的化学元素在无机自然界都可找到C.生物和非生物都能发生化学反应D.组成生物体的化合物在无机自然界可找到解析：组成生物体的有机化合物在无机自然界找不到。A、C指的是现象，没有展示生物界和非生物界的联系。B展示了生物体与无机环境的关系，因为从根本上讲，组成生物体的元素没有一种是生物界所特有的，因为原始生命本来就是由无机小分子经化学进化过程演化而来的，同时生物体在生命活动中不断与无机自然环境进行物质交换。答案：B5.在组成植物体的化学元素中，质量分数最多的是（）A.O元素B.C元素C.H元素D.N元素解析：植物体的组成元素中，有65%为氧元素，18%为碳元素，10%为氢元素，3%为氮元素。答案：A6.以下事实中可以作为生物界统一性的依据是（）组成生命的各种元素在无机界广泛存在不同生物体内的生物大分子核酸、蛋白质分子相同生物体的生命活动都由ATP直接供能遗传密码在生物界是通用的核酸、蛋白质、糖类等大分子物质各自的基本结构单位在不同生物体内都相同A.B.C.D.解析：生物界与非生物界的统一性主要体现在构成生物体的基本元素在无机自然界都可以找到，不是生物界所特有的，但生物体内元素的含量与无机自然界的含量比例大不相同。比较生物界中不同生物的组成成分，构成核酸、蛋白质、糖类的基本单位分别是核苷酸、氨基酸、葡萄糖。从供能物质来看，直接供能物质都是ATP；控制20种氨基酸的61个密码子在整个生物界通用。答案：B7.下列生理活动与蛋白质功能无关的是（）A.氧气在血液中的运输B.CO2进入叶绿体C.葡萄糖在细胞内氧化分解D.细胞识别解析：在所给选项中，只有二氧化碳进入叶绿体是通过气体的扩散作用完成的，与蛋白质的功能无关。答案：B8.沙漠中的旱生植物细胞中含量最多的物质是（）A.蛋白质B.糖类C.脂肪D.水解析：不同的生物细胞，虽然形态、结构和功能都有一定的差别，但细胞中各种化合物的含量通常为水最多，蛋白质含量占据第二。这是由这些化合物在细胞中的功能所决定的。答案：D9.前项为生物组织，中项为鉴定所用的化学试剂，后项为反应结果所产生的颜色，其中错误的一项是（）A.苹果、斐林试剂、砖红色B.花生种子、苏丹染液、橘红色C.黄豆、双缩脲试剂、紫色D.卵清蛋白、苏丹染液、红色解析：卵清蛋白主要成分是蛋白质。蛋白质的鉴定用双缩脲试剂，颜色反应为紫色。答案：D10.在细胞中含量最多的无机物是（）A.水B.蛋白质C.脂类D.无机盐解析：细胞中的无机物包括水和无机盐，其中水占85%90%，无机盐约占1%1.5%。答案：A11.从根本上说，细胞都是由非生物界中的化学元素组成的，生物界和非生物界是统一的，为什么还说生物界和非生物界具有差异性呢 （）A.构成细胞的化学元素具有了特异性功能B.细胞中有个别的化学元素在非生物界中没有C.组成细胞的化学元素，在细胞内和在无机自然界中的含量相差很大D.C、H、O、N、P、S 6种元素在细胞中约共占细胞总量的97%解析：此题考查无机自然界和生物界的元素组成情况。组成细胞的化学元素本身的功能，在细胞内和在无机自然界中的作用是相同的，并无特异性。在细胞内，由组成细胞的化学元素构成各种化合物，组成细胞的元素和化合物是完成生命活动的物质基础，这是无机自然界所没有的；组成细胞中的任何化学元素都能在无机自然界中找到，但是，组成细胞的元素含量和无机自然界中的元素含量相差很大。因此，生物界和非生物界具有差异性。答案：CD12.生物大分子在生物体的生命活动中具有重要的作用。就组成生物的蛋白质、核酸、糖类、脂肪而言，其核心的组成元素是（）A.CB.HC.OD.N解析：蛋白质、核酸、糖类、脂肪都属于有机化合物，都含有C、H、O三种元素，C的核外有四个电子，易形成四个共用电子对，使含C的有机物结构比较稳定，易形成生物大分子。答案：A13C、H、N三种化学元素在组成人体的化学成分中，含量占74左右，但这三种元素在组成岩石圈的化学成分中含量还不到1，这个事实说明生物界和非生物界存在着本质的区别，两者还具有。解析：相同物质在人体和自然界的含量不同，说明组成生物体的化学元素与自然界中的化学元素虽然种类相同，但含量有区别，这一区别说明了两者存在着差异性。答案：差异性14黑龙江省某地种植的小麦，营养器官生长非常良好，但结实率非常低（原因为花粉发育不良）。据查是由于土壤中缺少某种元素所致。经分析，土壤中缺少元素。根据该元素在植物体内的含量划分，属于元素。以上事件主要反映了组成生物体的化学元素的什么生理作用？。解析：考查组成生物体的化学元素的重要作用。由于小麦的营养生长良好，说明植物生长所需要的基本元素正常；结实率低，说明生殖生长受到影响，而题干明确告诉花粉发育不良，因此最可能缺少B元素。B元素属微量元素，能促进花粉的萌发和花粉管的伸长，在缺少B时，花药和花丝萎缩，花粉发育不良，故结实率降低。经过以上分析可以看出，B元素能影响生物体的生命活动。答案：硼微量影响生物体生命活动的作用能力提升15.几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，即使施用了大量氮、磷、钾肥也无济于事。后来人们偶然发现牧场内的一条带状牧草长得十分茂盛，原来，这一小片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工上下班总是抄近路走，他们的鞋子上粘有钼矿粉，正是矿工鞋子踩过的地方，牧草长得绿油油的。经科学家的化验和分析，一公顷牧草只需150克钼就足够了。下列关于这一现象的解释，不正确的是（）A.钼是植物生长发育所必需的一种化学元素B.钼是植物生长发育所必需的一种微量元素C.钼是一种高效肥料，只要有了钼，植物就能正常生长发育D.植物虽然对钼的需要很少，但钼的作用不可用其他化学元素代替解析：此题是分析植物生长所需要的化学元素，是联系生活实际，用所学知识（植物正常生活需要化学元素）解决实际的问题。要充分分析题中给予的信息。原来长势不良的牧草，在施氮、磷、钾肥无济于事的情况下，被钼矿矿工踩过的地方“长得十分茂盛”，这说明矿工经过时留下的钼矿粉对牧草的生长发育起着十分重要的作用。由于植物对钼的需要量很少，它在植物体内含量很少，因此钼是一种植物必需的微量矿质元素。植物的正常生长，是多种必需矿质元素综合作用的结果，缺一不可，放在只有钼元素的情况下，植物是不能正常生长的。答案：C16下表所示为玉米和人体内含量较多的几种化学元素占细胞干重的质量分数（），请据表完成下列问题：元素玉米人O44.4314.62C43.5755.99H6.247.46N1.469.33K0.921.09Ca0.234.67P0.203.11Mg0.180.16S0.170.78（1）有些元素在其生物体内含量很少，但能够影响生物体的生命活动，例如：若人的饮食长期缺铁，则会患 ，我们常把生物生活必需，但需要量很少的元素称为 。（2）人体与玉米相比，人体内钙含量较高，其主要原因是 。（3）综合分析该图表，你还能得出哪些结论？解析：考查微量元素的概念，并培养学生根据图表获得信息的能力。我们可以对图表横向、纵向分别比较，得出结论。答案：（1）贫血症微量元素（2）人体的牙齿、骨骼中含有较多的钙盐 （3）组成玉米和人体的基本元素是C；C、H、O、N这4种元素在组成生物体的元素中最多；组成生物体的元素种类大体相同；不同生物体内，各种化学元素的含量相差很大。探究创新17.据药理研究，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种有益于健康的成分，某公司将它开发成一种保健饮料。该产品是否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题。请你完成下面的实验鉴定报告。（1）实验目的：鉴定一种茅草的根是否含有还原性糖和淀粉。（2）实验原理：还原性糖可用 试剂，淀粉可用 试剂来检测。（3）实验器材：一种茅草的根、所需试剂、刀片、载玻片、酒精灯、试管夹、火柴、滴管。（4）实验步骤：鉴定还原性糖： 。鉴定淀粉： 。（5）实验现象： 。（6）结果分析： 。（7）在鉴定还原性糖的实验操作中应注意： 。解析：根据所给材料和用具，可推测要检测出是否含糖和淀粉，必须制成切片。放于载玻片上，滴加所需试剂才好观察。实验现象可能有两种情况：要么含有鉴定成分表现现象，要么不含鉴定成分表现现象，所以结果有两种可能。糖鉴定时需加热（沸水浴），根据所给器材酒精灯，只能用加热法，注意玻片均匀受热。答案：（2）斐林（班氏）碘液（4）将一种茅草的根切成薄片（或压碎），放于载玻片上，滴加12滴斐林试剂。将载玻片放在酒精灯上加热，观察颜色变化将一种茅草的根切成薄片（或压碎），放于载玻片上，滴加12滴碘液，观察颜色变化（5）（6）提示：可有几种不同回答，但一定要求观察到的实验现象与结果分析相一致（如观察到有砖红色沉淀，说明有还原性糖存在；如没有砖红色沉淀，说明没有还原性糖存在；如有蓝色出现，说明有淀粉存在；如没有蓝色出现，说明没有淀粉存在）（7）载玻片在火焰上方加热时要来回移动，以免受热不均而爆裂