2023-2024學(xué)年 蘇教版 必修一細胞中的元素和無機化合物 學(xué)案

第一節(jié)細胞中的元素和無機化合物1.簡述細胞主要由C、H、O、N、P等元素構(gòu)成。2.簡述水在細胞中的存在形式和重要作用。3.簡述無機鹽在細胞中的存在形式和主要作用。1.生命觀念——闡明生物體是由元素和化合物組成的，初步形成生命的物質(zhì)觀，為辯證唯物主義世界觀的形成奠定基礎(chǔ)。2.科學(xué)思維——歸納概括水和無機鹽在細胞中的作用。3.科學(xué)探究——按照科學(xué)探究的要求，提出驗證或探究植物必需的無機鹽的方案。一、構(gòu)成細胞的元素1．元素的含量(1)地殼(包括大氣)中含量最多的元素是O，其次是Si、Al、Fe。(2)生物細胞中含量最多的元素是O，然后依次是C、H、N。2．元素的種類eq\a\vs4\al((1)常見,元素有,20多種)eq\o(→,\s\up9(根據(jù)各種元),\s\do7(素的含量))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大量元素：C、H、O、N、P、S、K、,Ca、Mg、Na、Cl等,微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、,Mo、Co、Se等))(2)C、H、O、N、P、S等元素構(gòu)成了細胞結(jié)構(gòu)和功能所需的基本物質(zhì)。3．特點(1)組成生物體的任何一種元素都可以在無機自然界中找到。(2)不同生物體內(nèi)所含的元素種類基本相同，但每種元素的含量存在一定的差異。4．生物體會因環(huán)境中缺乏某種元素而發(fā)生該元素的缺乏癥。如一些山區(qū)居民患有克山病，該病與缺硒有明顯關(guān)系。二、水和無機鹽是細胞中的無機化合物1．組成細胞的化合物(1)組成細胞的各種元素大多以化合物的形式存在。化合物分為無機化合物和有機化合物。(2)科學(xué)家測得某種植物細胞中的主要化合物及其質(zhì)量分數(shù)。類別化合物質(zhì)量分數(shù)(%)無機化合物水85.0～90.0無機鹽1.0～1.5有機化合物蛋白質(zhì)7.0～10.0脂質(zhì)1.0～2.0糖類和核酸1.0～1.52．水賦予細胞許多特性(1)水在細胞中的含量在活細胞中，水是含量最多的物質(zhì)，約占細胞重量的2/3。(2)水的分子結(jié)構(gòu)與理化特性①水分子由兩個氫原子和一個氧原子以共價鍵(由實線表示)結(jié)合組成。②在相鄰的水分子之間存在相互聯(lián)結(jié)的作用力，即氫鍵。③水分子的空間結(jié)構(gòu)與電荷的不對稱分布，使得水分子具有極性，這讓幾乎所有帶電荷的或具有極性基團的分子都能溶解在水中。④氫鍵使水分子間的作用力大大增強，水的熔點和沸點也因此而增高。(3)水的存在形式和作用①細胞中的水分子以自由水和結(jié)合水兩種形式存在。②自由水以游離的形式存在，參與細胞中各種代謝活動。自由水是良好的溶劑；自由水可運輸各種物質(zhì)和代謝產(chǎn)生的廢物；細胞中幾乎所有的生化反應(yīng)都是以自由水為介質(zhì)進行的，有些水還直接作為反應(yīng)物參與生化反應(yīng)。③結(jié)合水是被細胞內(nèi)其他物質(zhì)(如蛋白質(zhì))束縛而不易自由流動的水，是組成細胞的重要成分。3．細胞中的無機鹽與生命活動關(guān)系密切(1)含量：約占細胞重量的1%。(2)存在形式：常以離子形式存在。(3)生理功能作用舉例維持細胞的滲透壓和生物體液的酸堿平衡細胞中的磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀等參與維持生物體液的酸堿平衡參與物質(zhì)組成，維持細胞正常的代謝活動合成血紅蛋白需要鐵，合成甲狀腺激素需要碘，合成葉綠素需要鎂(4)當某些無機鹽含量過多或過少時，生物體可能會出現(xiàn)相應(yīng)的病癥。生物某些無機鹽癥狀哺乳動物缺少鈣肌肉抽搐鈣過多肌肉乏力番茄缺少鈣果實出現(xiàn)臍腐現(xiàn)象缺少鉀老葉尖端和邊緣出現(xiàn)失綠，甚至干枯壞死的現(xiàn)象(5)精準農(nóng)業(yè)能根據(jù)農(nóng)田的土壤元素狀況和作物的元素缺乏狀況，實施定位、定量的精準施肥，高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源，并取得較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。精準農(nóng)業(yè)也許會成為未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．生物界和非生物界在元素組成的種類和含量上都相同。 ()2．Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是組成細胞的微量元素。 ()3．某些無機鹽是細胞內(nèi)一些大分子物質(zhì)的組成成分，如Fe2＋參與血紅蛋白的構(gòu)成，Mg2＋參與葉綠素的形成。 ()4．自由水的作用比結(jié)合水的作用大。 ()5．不同細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比例基本相同。 ()提示：1．×生物界和非生物界的元素組成的種類相同，但含量相差很大。2．×Ca、Mg是組成細胞的大量元素。3．√4．×自由水、結(jié)合水的作用都非常大。5．×不同生活環(huán)境、生活狀態(tài)下的細胞中，自由水與結(jié)合水的比例是不同的。細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比例越大，其新陳代謝越旺盛；反之，越弱。構(gòu)成細胞的元素1．構(gòu)成細胞的元素的種類和含量(1)大量元素和微量元素的劃分依據(jù)是元素在細胞中含量的多少，而不是生理作用的大小。(2)無論干重還是鮮重，細胞中C、H、O和N這四種元素含量最多。2．元素的統(tǒng)一性和差異性元素與化合物的關(guān)系組成細胞的各種元素在生物體中大多以化合物的形式存在，如鎂形成葉綠素、鐵形成血紅蛋白等。但有少數(shù)元素是以單質(zhì)形式存在的，如硫磺細菌中的S是以硫磺顆粒的形式存在的。另外少數(shù)元素以離子的形式存在，如K以K＋的形式存在于細胞內(nèi)液中。1．(2022·江蘇南京高一上期中考試)下列關(guān)于細胞的組成元素的說法，不正確的是()A．組成小麥細胞的各種元素在無機自然界均可找到B．青蛙和玉米細胞內(nèi)的元素在種類和含量上基本相同C．組成細胞的元素常見的有20多種，其中C是最基本的元素D．狐貍和其所捕食的動物體內(nèi)含量最多的元素都是OB[組成小麥細胞的化學(xué)元素，在無機自然界都可以找到，沒有一種化學(xué)元素是細胞所特有的，A正確；青蛙和玉米細胞內(nèi)的元素在種類上基本相同，但含量相差較大，B錯誤；組成細胞的元素常見的有20多種，其中C是最基本的元素，C正確；活細胞中含量最多的元素是O，因此狐貍和其所捕食的動物體內(nèi)含量最多的元素都是O，D正確。]2．如圖甲是細胞中化合物含量的扇形圖，圖乙是有活性的細胞中元素含量的柱形圖，下列說法不正確的是()A．若圖甲表示細胞鮮重，則A、B化合物依次是H2O、蛋白質(zhì)B．若圖乙表示組成人體細胞的元素含量(占細胞鮮重的百分比)，則a、b、c依次是O、C、HC．地殼與細胞中含量最多的元素都是a，因此說明生物界與非生物界具有統(tǒng)一性D．若圖甲表示細胞完全脫水后的化合物含量，則A化合物是蛋白質(zhì)C[若圖甲表示細胞鮮重，則A化合物為水，B化合物為蛋白質(zhì)，A正確；若圖乙表示組成人體細胞的元素含量(占細胞鮮重的百分比)，則a、b、c依次是O、C、H，B正確；生物界與非生物界具有統(tǒng)一性是指組成細胞的元素都能在自然界中找到，沒有一種是細胞特有的，C錯誤；若圖甲表示細胞完全脫水后的化合物含量，細胞干重中含量最高的化合物是蛋白質(zhì)，故A化合物是蛋白質(zhì)，D正確。]水賦予細胞許多特性1．自由水與結(jié)合水的相互轉(zhuǎn)化(1)條件：自由水結(jié)合水。(2)實例①烘干種子時，部分結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水散失掉。②水果放入冰箱冷藏時，部分自由水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水。2．自由水與結(jié)合水相互轉(zhuǎn)化的原因(1)水分子與細胞內(nèi)的親水性物質(zhì)如蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等以氫鍵相結(jié)合。(2)溫度升高，水分子的動能增加，會逃脫氫鍵的束縛成為自由水。3．自由水與結(jié)合水的比值與代謝、抗逆性的關(guān)系(1)圖示(2)曲線(3)在生產(chǎn)中的應(yīng)用①種子萌發(fā)時，需要吸收水分，增加自由水含量。②種子儲存前曬干是為了降低自由水含量，降低代謝速率，以延長儲存時間。③越冬作物減少灌溉，可提高作物對低溫的抗性。在冬季來臨時，隨著氣溫的逐漸降低，植物體內(nèi)發(fā)生了一系列適應(yīng)低溫的變化，如可溶性糖含量增加、細胞代謝減弱等。研究表明，細胞內(nèi)溶液濃度升高，冰點降低。(1)結(jié)合所學(xué)知識及上述信息，解釋“霜打的茄子——蔫兒了”。(2)有些蔬菜富含淀粉，但“霜打”后的蔬菜格外“甜”。請結(jié)合所學(xué)知識解釋其原因。提示：(1)當外界溫度降低時，茄子中的自由水含量減少，導(dǎo)致表皮皺縮。(2)溫度降低，蔬菜中的淀粉分解為可溶性糖，增大了細胞液濃度，降低了細胞液的冰點，使細胞不容易凍壞，可溶性糖主要是葡萄糖，因此蔬菜變甜了。3．(2022·山東青島十七中高一上期中考試)下列有關(guān)水的敘述，不正確的是()A．生物體的含水量隨著生物種類的不同而有所差別B．水是細胞內(nèi)良好的溶劑，該作用是由它的分子結(jié)構(gòu)所決定的C．由于水分子之間的氫鍵不斷地斷裂和形成，因此水在常溫下能夠維持液態(tài)，具有流動性D．由于水具有較高的比熱容，因此水的溫度相對容易發(fā)生改變D[生物體的含水量隨著生物種類的不同而有所差別，如水生生物的含水量大于陸生生物，A正確；結(jié)構(gòu)決定功能，水分子的極性結(jié)構(gòu)特征決定了水是細胞內(nèi)良好的溶劑，B正確；由于水分子之間的氫鍵的作用力比較弱，氫鍵不斷地斷裂和形成，使水在常溫下能夠維持液態(tài)，具有流動性，C正確；氫鍵的存在使水有較高的比熱容，水的溫度相對不容易發(fā)生改變，有利于維持生命系統(tǒng)的穩(wěn)定性，D錯誤。]4．(2022·江蘇宿遷高一上期末考試)2021年“世界水日”“中國水周”活動的主題為“深入貫徹新發(fā)展理念，推進水資源集約安全利用”。下列有關(guān)水對生命活動影響的敘述，正確的是()A．曬干的小麥種子不含自由水，代謝強度低，便于貯藏B．植物幼嫩部位比衰老部位代謝旺盛是因為幼嫩部位自由水含量占比較高C．與未萌發(fā)的小麥種子相比，正在萌發(fā)的小麥種子中自由水與結(jié)合水的比值下降D．越冬的植物體內(nèi)自由水比結(jié)合水的含量高，有利于植物抵抗寒冷的環(huán)境B[細胞內(nèi)的水以自由水和結(jié)合水的形式存在，種子晾曬過程中失去的水主要是自由水，但晾曬后種子中仍含有自由水，曬干后種子中自由水與結(jié)合水的比值下降，代謝強度降低，便于貯藏，也可以延長種子的保存時間，A錯誤；自由水含量高，代謝旺盛，幼嫩部位比衰老部位自由水的含量高，B正確；與未萌發(fā)的種子相比，正在萌發(fā)的種子細胞代謝活動旺盛，自由水含量增加，則自由水與結(jié)合水的比值升高，C錯誤；越冬的植物體內(nèi)，自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化，自由水所占的比例逐漸降低，結(jié)合水所占的比例逐漸升高，有利于植物抵抗寒冷的環(huán)境，D錯誤。]細胞中的無機鹽與生命活動關(guān)系密切1．無機鹽存在形式及作用的兩點歸納(1)無機鹽并不都以離子的形式存在，如骨骼中的鈣以CaCO3的形式存在。(2)無機鹽在細胞內(nèi)含量很低，但其作用非常重要，且需要保持一定的量，缺失和過多都可能影響生命活動。2．無機鹽的生理功能(1)參與物質(zhì)組成，如：無機鹽生理功能Mg2＋葉綠素必需的原料Fe2＋血紅蛋白的重要成分POeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))合成核苷酸的原料Zn2＋人體內(nèi)200多種酶的重要組成成分CaCO3動物和人體骨骼、牙齒中的重要成分(2)維持細胞正常的代謝活動，如：無機鹽生理功能Ca2＋哺乳動物血液中鈣鹽含量太低，會出現(xiàn)抽搐Mn2＋某些酶的活化因子(3)維持細胞的滲透壓和生物體液的酸堿平衡①滲透壓的平衡：Na＋、Cl－對維持血漿等的滲透壓起重要作用，K＋對維持細胞內(nèi)液的滲透壓起重要作用。②酸堿平衡(即pH平衡)：無機鹽離子組成重要的緩沖體系，如H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))/HPOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))和H2CO3/HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))等調(diào)節(jié)并維持pH平衡。3．某些無機鹽含量異常及其癥狀表現(xiàn)含量異常癥狀表現(xiàn)缺少Ca2＋哺乳動物會出現(xiàn)肌肉抽搐現(xiàn)象番茄果實會出現(xiàn)臍腐現(xiàn)象Ca2＋過多哺乳動物會出現(xiàn)肌肉乏力現(xiàn)象缺少K＋番茄植株老葉尖端和邊緣會失綠，甚至干枯壞死缺少I－人體會患地方性甲狀腺腫大缺少Fe2＋人體會患缺鐵性貧血5．(2022·湖北期末)下列有關(guān)無機鹽的敘述，正確的是()A．植物體缺鎂時，不影響其體內(nèi)有機物的合成速率B．無機鹽在細胞內(nèi)主要用于合成一些生物大分子C．鎂是構(gòu)成葉綠素的重要元素，鐵是構(gòu)成血紅蛋白的重要元素D．人體血液中鈣離子的濃度過高時會出現(xiàn)抽搐現(xiàn)象C[鎂是構(gòu)成葉綠素的重要元素，因此植物體缺鎂時，其光合作用會受到影響，進而影響其體內(nèi)有機物的合成速率，A項錯誤；無機鹽在細胞內(nèi)主要以離子的形式存在，無機鹽在細胞內(nèi)并不是主要用于合成一些生物大分子的，B項錯誤；人體血液中鈣離子的濃度過低時會出現(xiàn)抽搐現(xiàn)象，D項錯誤。]6．(2022·應(yīng)縣一中期中)為證明鎂是小麥生長發(fā)育必需的無機鹽，李老師設(shè)計了四組實驗讓學(xué)生選擇(如下表所示)，其中能達到實驗?zāi)康牡慕M合是()實驗組別甲乙丙丁實驗材料10株小麥苗10株小麥苗1株小麥苗1株小麥苗培養(yǎng)液完全營養(yǎng)液(含小麥生活必需的無機鹽)缺鎂的完全營養(yǎng)液缺鎂的完全營養(yǎng)液完全營養(yǎng)液(含小麥生活必需的無機鹽)A．甲、丁 B．甲、丙C．甲、乙 D．丙、丁C[根據(jù)實驗?zāi)康目梢源_定實驗的自變量為鎂的有無，其他的培養(yǎng)條件應(yīng)完全相同；由于丙和丁的實驗材料太少，不遵循平行重復(fù)原則，所以最佳的實驗組合是甲、乙。]生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是組成細胞的元素和化合物。一種植物和一種哺乳動物體內(nèi)細胞的某些化學(xué)元素含量(占細胞干重的質(zhì)量分數(shù))如表所示：元素(%)CHONPCaS植物43.576.2444.431.460.200.230.17動物55.997.4614.629.333.114.670.78通過對表格信息的分析比較可知：這兩種生物體內(nèi)構(gòu)成細胞的化學(xué)元素種類基本相同，但含量差異很大，由此形成科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng)。(1)有同學(xué)依據(jù)表中數(shù)據(jù)，提出不同生物的組成元素也具有統(tǒng)一性和差異性，你是否同意該說法？說出你的依據(jù)。(科學(xué)思維)提示：同意。由表中數(shù)據(jù)可知，兩種不同生物體內(nèi)細胞所含的化學(xué)元素的種類相同，各元素含量不同，可以體現(xiàn)生物體元素的統(tǒng)一性和差異性。(2)N是蛋白質(zhì)的重要組成元素，而S是蛋白質(zhì)的特征元素。依據(jù)表中數(shù)據(jù)，試分析：哪種生物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量較高？(科學(xué)思維)提示：動物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量較高，因為與植物細胞相比，動物體內(nèi)細胞中N和S含量較高。[課堂小結(jié)]知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建要點強化識記1.生物體中常見的元素有20多種，在無機自然界中都可以找到。2.在組成生物體的元素中C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Cl等元素在生物體內(nèi)含量較多，稱為大量元素。3.不同生物體內(nèi)所含的元素種類基本相同，但每種元素的含量存在一定的差異。4.在活細胞中，水是含量最多的物質(zhì)，約占細胞重量的2/3。水分子以自由水和結(jié)合水兩種形式存在于細胞中。5.自由水以游離的形式存在，參與細胞中各種代謝活動。6.結(jié)合水是被細胞內(nèi)其他物質(zhì)(如蛋白質(zhì))束縛而不易自由流動的水，是組成細胞的重要成分。7.細胞中的無機鹽含量雖少，但具有重要的生理功能，與生命活動關(guān)系密切。1．下列關(guān)于植物體內(nèi)水分的敘述，錯誤的是()A．植物體內(nèi)的水分參與營養(yǎng)物質(zhì)的運輸B．水是構(gòu)成葉肉細胞的重要化合物之一C．自由水可作為細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物D．同種植物萌發(fā)種子的含水量與休眠種子的相同D[植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸需要自由水的參與，A項正確；結(jié)合水可構(gòu)成葉肉細胞的組分，B項正確；自由水可作為細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物，參與化學(xué)反應(yīng)，C項正確；萌發(fā)的種子代謝旺盛，故同種植物萌發(fā)種子的含水量高于休眠種子的含水量，D項錯誤。]2．(多選)組成人體細胞的元素含量有不同的統(tǒng)計方法，如鮮重中C占18%，O占65%，而干重中C占55.99%，O占14.62%。下列關(guān)于人體細胞元素組成的說法，正確的是()A．人體細胞中C、H、O、Fe都是大量元素B．干重中C的含量高是因為細胞失水C．組成人體細胞的元素，常見的有20多種D．構(gòu)成人體細胞的元素在地殼中不一定能找到BC[Fe是微量元素，不是大量元素，A項錯誤；鮮重和干重是根據(jù)細胞是否失水劃分的，干重中C的含量高是因為細胞失水，B項正確；組成細胞的元素常見的有20多種，C項正確；構(gòu)成人體細胞的所有元素在地殼中都能找到，沒有一種是人體細胞所特有的，D項錯誤。]3．無機鹽對于維持生物體的生命活動具有重要作用。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．蔬菜中的草酸不利于機體對食物中鈣的吸收B．缺鐵會導(dǎo)致哺乳動物血液運輸O2的能力下降C．KH2PO4也能為生物體提供能量D．植物秸稈燃燒產(chǎn)生的灰燼中含有豐富的無機鹽C[草酸是生物體的一種代謝產(chǎn)物，廣泛分布于植物、動物和真菌體中，草酸容易與鈣離子結(jié)合形成草酸鈣，不利于機體對食物中鈣的吸收，A項正確；哺乳動物缺鐵，會影響血紅蛋白的合成，導(dǎo)致血液運輸O2的能力下降，