2023-2024学年 苏教版 必修一细胞中的元素和无机化合物 学案

第一节细胞中的元素和无机化合物1.简述细胞主要由C、H、O、N、P等元素构成。2.简述水在细胞中的存在形式和重要作用。3.简述无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。1.生命观念——阐明生物体是由元素和化合物组成的，初步形成生命的物质观，为辩证唯物主义世界观的形成奠定基础。2.科学思维——归纳概括水和无机盐在细胞中的作用。3.科学探究——按照科学探究的要求，提出验证或探究植物必需的无机盐的方案。一、构成细胞的元素1．元素的含量(1)地壳(包括大气)中含量最多的元素是O，其次是Si、Al、Fe。(2)生物细胞中含量最多的元素是O，然后依次是C、H、N。2．元素的种类eq\a\vs4\al((1)常见,元素有,20多种)eq\o(→,\s\up9(根据各种元),\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等元素构成了细胞结构和功能所需的基本物质。3．特点(1)组成生物体的任何一种元素都可以在无机自然界中找到。(2)不同生物体内所含的元素种类基本相同，但每种元素的含量存在一定的差异。4．生物体会因环境中缺乏某种元素而发生该元素的缺乏症。如一些山区居民患有克山病，该病与缺硒有明显关系。二、水和无机盐是细胞中的无机化合物1．组成细胞的化合物(1)组成细胞的各种元素大多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。(2)科学家测得某种植物细胞中的主要化合物及其质量分数。类别化合物质量分数(%)无机化合物水85.0～90.0无机盐1.0～1.5有机化合物蛋白质7.0～10.0脂质1.0～2.0糖类和核酸1.0～1.52．水赋予细胞许多特性(1)水在细胞中的含量在活细胞中，水是含量最多的物质，约占细胞重量的2/3。(2)水的分子结构与理化特性①水分子由两个氢原子和一个氧原子以共价键(由实线表示)结合组成。②在相邻的水分子之间存在相互联结的作用力，即氢键。③水分子的空间结构与电荷的不对称分布，使得水分子具有极性，这让几乎所有带电荷的或具有极性基团的分子都能溶解在水中。④氢键使水分子间的作用力大大增强，水的熔点和沸点也因此而增高。(3)水的存在形式和作用①细胞中的水分子以自由水和结合水两种形式存在。②自由水以游离的形式存在，参与细胞中各种代谢活动。自由水是良好的溶剂；自由水可运输各种物质和代谢产生的废物；细胞中几乎所有的生化反应都是以自由水为介质进行的，有些水还直接作为反应物参与生化反应。③结合水是被细胞内其他物质(如蛋白质)束缚而不易自由流动的水，是组成细胞的重要成分。3．细胞中的无机盐与生命活动关系密切(1)含量：约占细胞重量的1%。(2)存在形式：常以离子形式存在。(3)生理功能作用举例维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡细胞中的磷酸氢二钾、磷酸二氢钾等参与维持生物体液的酸碱平衡参与物质组成，维持细胞正常的代谢活动合成血红蛋白需要铁，合成甲状腺激素需要碘，合成叶绿素需要镁(4)当某些无机盐含量过多或过少时，生物体可能会出现相应的病症。生物某些无机盐症状哺乳动物缺少钙肌肉抽搐钙过多肌肉乏力番茄缺少钙果实出现脐腐现象缺少钾老叶尖端和边缘出现失绿，甚至干枯坏死的现象(5)精准农业能根据农田的土壤元素状况和作物的元素缺乏状况，实施定位、定量的精准施肥，高效地利用各类农业资源，并取得较好的经济效益和环境效益。精准农业也许会成为未来农业的发展方向。(正确的打“√”，错误的打“×”)1．生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同。 ()2．Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素。 ()3．某些无机盐是细胞内一些大分子物质的组成成分，如Fe2＋参与血红蛋白的构成，Mg2＋参与叶绿素的形成。 ()4．自由水的作用比结合水的作用大。 ()5．不同细胞内自由水与结合水的比例基本相同。 ()提示：1．×生物界和非生物界的元素组成的种类相同，但含量相差很大。2．×Ca、Mg是组成细胞的大量元素。3．√4．×自由水、结合水的作用都非常大。5．×不同生活环境、生活状态下的细胞中，自由水与结合水的比例是不同的。细胞内自由水与结合水的比例越大，其新陈代谢越旺盛；反之，越弱。构成细胞的元素1．构成细胞的元素的种类和含量(1)大量元素和微量元素的划分依据是元素在细胞中含量的多少，而不是生理作用的大小。(2)无论干重还是鲜重，细胞中C、H、O和N这四种元素含量最多。2．元素的统一性和差异性元素与化合物的关系组成细胞的各种元素在生物体中大多以化合物的形式存在，如镁形成叶绿素、铁形成血红蛋白等。但有少数元素是以单质形式存在的，如硫磺细菌中的S是以硫磺颗粒的形式存在的。另外少数元素以离子的形式存在，如K以K＋的形式存在于细胞内液中。1．(2022·江苏南京高一上期中考试)下列关于细胞的组成元素的说法，不正确的是()A．组成小麦细胞的各种元素在无机自然界均可找到B．青蛙和玉米细胞内的元素在种类和含量上基本相同C．组成细胞的元素常见的有20多种，其中C是最基本的元素D．狐狸和其所捕食的动物体内含量最多的元素都是OB[组成小麦细胞的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种化学元素是细胞所特有的，A正确；青蛙和玉米细胞内的元素在种类上基本相同，但含量相差较大，B错误；组成细胞的元素常见的有20多种，其中C是最基本的元素，C正确；活细胞中含量最多的元素是O，因此狐狸和其所捕食的动物体内含量最多的元素都是O，D正确。]2．如图甲是细胞中化合物含量的扇形图，图乙是有活性的细胞中元素含量的柱形图，下列说法不正确的是()A．若图甲表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质B．若图乙表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比)，则a、b、c依次是O、C、HC．地壳与细胞中含量最多的元素都是a，因此说明生物界与非生物界具有统一性D．若图甲表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物是蛋白质C[若图甲表示细胞鲜重，则A化合物为水，B化合物为蛋白质，A正确；若图乙表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比)，则a、b、c依次是O、C、H，B正确；生物界与非生物界具有统一性是指组成细胞的元素都能在自然界中找到，没有一种是细胞特有的，C错误；若图甲表示细胞完全脱水后的化合物含量，细胞干重中含量最高的化合物是蛋白质，故A化合物是蛋白质，D正确。]水赋予细胞许多特性1．自由水与结合水的相互转化(1)条件：自由水结合水。(2)实例①烘干种子时，部分结合水转化为自由水散失掉。②水果放入冰箱冷藏时，部分自由水转化为结合水。2．自由水与结合水相互转化的原因(1)水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等以氢键相结合。(2)温度升高，水分子的动能增加，会逃脱氢键的束缚成为自由水。3．自由水与结合水的比值与代谢、抗逆性的关系(1)图示(2)曲线(3)在生产中的应用①种子萌发时，需要吸收水分，增加自由水含量。②种子储存前晒干是为了降低自由水含量，降低代谢速率，以延长储存时间。③越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。在冬季来临时，随着气温的逐渐降低，植物体内发生了一系列适应低温的变化，如可溶性糖含量增加、细胞代谢减弱等。研究表明，细胞内溶液浓度升高，冰点降低。(1)结合所学知识及上述信息，解释“霜打的茄子——蔫儿了”。(2)有些蔬菜富含淀粉，但“霜打”后的蔬菜格外“甜”。请结合所学知识解释其原因。提示：(1)当外界温度降低时，茄子中的自由水含量减少，导致表皮皱缩。(2)温度降低，蔬菜中的淀粉分解为可溶性糖，增大了细胞液浓度，降低了细胞液的冰点，使细胞不容易冻坏，可溶性糖主要是葡萄糖，因此蔬菜变甜了。3．(2022·山东青岛十七中高一上期中考试)下列有关水的叙述，不正确的是()A．生物体的含水量随着生物种类的不同而有所差别B．水是细胞内良好的溶剂，该作用是由它的分子结构所决定的C．由于水分子之间的氢键不断地断裂和形成，因此水在常温下能够维持液态，具有流动性D．由于水具有较高的比热容，因此水的温度相对容易发生改变D[生物体的含水量随着生物种类的不同而有所差别，如水生生物的含水量大于陆生生物，A正确；结构决定功能，水分子的极性结构特征决定了水是细胞内良好的溶剂，B正确；由于水分子之间的氢键的作用力比较弱，氢键不断地断裂和形成，使水在常温下能够维持液态，具有流动性，C正确；氢键的存在使水有较高的比热容，水的温度相对不容易发生改变，有利于维持生命系统的稳定性，D错误。]4．(2022·江苏宿迁高一上期末考试)2021年“世界水日”“中国水周”活动的主题为“深入贯彻新发展理念，推进水资源集约安全利用”。下列有关水对生命活动影响的叙述，正确的是()A．晒干的小麦种子不含自由水，代谢强度低，便于贮藏B．植物幼嫩部位比衰老部位代谢旺盛是因为幼嫩部位自由水含量占比较高C．与未萌发的小麦种子相比，正在萌发的小麦种子中自由水与结合水的比值下降D．越冬的植物体内自由水比结合水的含量高，有利于植物抵抗寒冷的环境B[细胞内的水以自由水和结合水的形式存在，种子晾晒过程中失去的水主要是自由水，但晾晒后种子中仍含有自由水，晒干后种子中自由水与结合水的比值下降，代谢强度降低，便于贮藏，也可以延长种子的保存时间，A错误；自由水含量高，代谢旺盛，幼嫩部位比衰老部位自由水的含量高，B正确；与未萌发的种子相比，正在萌发的种子细胞代谢活动旺盛，自由水含量增加，则自由水与结合水的比值升高，C错误；越冬的植物体内，自由水向结合水转化，自由水所占的比例逐渐降低，结合水所占的比例逐渐升高，有利于植物抵抗寒冷的环境，D错误。]细胞中的无机盐与生命活动关系密切1．无机盐存在形式及作用的两点归纳(1)无机盐并不都以离子的形式存在，如骨骼中的钙以CaCO3的形式存在。(2)无机盐在细胞内含量很低，但其作用非常重要，且需要保持一定的量，缺失和过多都可能影响生命活动。2．无机盐的生理功能(1)参与物质组成，如：无机盐生理功能Mg2＋叶绿素必需的原料Fe2＋血红蛋白的重要成分POeq\o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4))合成核苷酸的原料Zn2＋人体内200多种酶的重要组成成分CaCO3动物和人体骨骼、牙齿中的重要成分(2)维持细胞正常的代谢活动，如：无机盐生理功能Ca2＋哺乳动物血液中钙盐含量太低，会出现抽搐Mn2＋某些酶的活化因子(3)维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡①渗透压的平衡：Na＋、Cl－对维持血浆等的渗透压起重要作用，K＋对维持细胞内液的渗透压起重要作用。②酸碱平衡(即pH平衡)：无机盐离子组成重要的缓冲体系，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))等调节并维持pH平衡。3．某些无机盐含量异常及其症状表现含量异常症状表现缺少Ca2＋哺乳动物会出现肌肉抽搐现象番茄果实会出现脐腐现象Ca2＋过多哺乳动物会出现肌肉乏力现象缺少K＋番茄植株老叶尖端和边缘会失绿，甚至干枯坏死缺少I－人体会患地方性甲状腺肿大缺少Fe2＋人体会患缺铁性贫血5．(2022·湖北期末)下列有关无机盐的叙述，正确的是()A．植物体缺镁时，不影响其体内有机物的合成速率B．无机盐在细胞内主要用于合成一些生物大分子C．镁是构成叶绿素的重要元素，铁是构成血红蛋白的重要元素D．人体血液中钙离子的浓度过高时会出现抽搐现象C[镁是构成叶绿素的重要元素，因此植物体缺镁时，其光合作用会受到影响，进而影响其体内有机物的合成速率，A项错误；无机盐在细胞内主要以离子的形式存在，无机盐在细胞内并不是主要用于合成一些生物大分子的，B项错误；人体血液中钙离子的浓度过低时会出现抽搐现象，D项错误。]6．(2022·应县一中期中)为证明镁是小麦生长发育必需的无机盐，李老师设计了四组实验让学生选择(如下表所示)，其中能达到实验目的的组合是()实验组别甲乙丙丁实验材料10株小麦苗10株小麦苗1株小麦苗1株小麦苗培养液完全营养液(含小麦生活必需的无机盐)缺镁的完全营养液缺镁的完全营养液完全营养液(含小麦生活必需的无机盐)A．甲、丁 B．甲、丙C．甲、乙 D．丙、丁C[根据实验目的可以确定实验的自变量为镁的有无，其他的培养条件应完全相同；由于丙和丁的实验材料太少，不遵循平行重复原则，所以最佳的实验组合是甲、乙。]生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物。一种植物和一种哺乳动物体内细胞的某些化学元素含量(占细胞干重的质量分数)如表所示：元素(%)CHONPCaS植物43.576.2444.431.460.200.230.17动物55.997.4614.629.333.114.670.78通过对表格信息的分析比较可知：这两种生物体内构成细胞的化学元素种类基本相同，但含量差异很大，由此形成科学思维的学科素养。(1)有同学依据表中数据，提出不同生物的组成元素也具有统一性和差异性，你是否同意该说法？说出你的依据。(科学思维)提示：同意。由表中数据可知，两种不同生物体内细胞所含的化学元素的种类相同，各元素含量不同，可以体现生物体元素的统一性和差异性。(2)N是蛋白质的重要组成元素，而S是蛋白质的特征元素。依据表中数据，试分析：哪种生物体内蛋白质含量较高？(科学思维)提示：动物体内蛋白质含量较高，因为与植物细胞相比，动物体内细胞中N和S含量较高。[课堂小结]知识网络构建要点强化识记1.生物体中常见的元素有20多种，在无机自然界中都可以找到。2.在组成生物体的元素中C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Cl等元素在生物体内含量较多，称为大量元素。3.不同生物体内所含的元素种类基本相同，但每种元素的含量存在一定的差异。4.在活细胞中，水是含量最多的物质，约占细胞重量的2/3。水分子以自由水和结合水两种形式存在于细胞中。5.自由水以游离的形式存在，参与细胞中各种代谢活动。6.结合水是被细胞内其他物质(如蛋白质)束缚而不易自由流动的水，是组成细胞的重要成分。7.细胞中的无机盐含量虽少，但具有重要的生理功能，与生命活动关系密切。1．下列关于植物体内水分的叙述，错误的是()A．植物体内的水分参与营养物质的运输B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物D．同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同D[植物体内营养物质的运输需要自由水的参与，A项正确；结合水可构成叶肉细胞的组分，B项正确；自由水可作为细胞内化学反应的反应物，参与化学反应，C项正确；萌发的种子代谢旺盛，故同种植物萌发种子的含水量高于休眠种子的含水量，D项错误。]2．(多选)组成人体细胞的元素含量有不同的统计方法，如鲜重中C占18%，O占65%，而干重中C占55.99%，O占14.62%。下列关于人体细胞元素组成的说法，正确的是()A．人体细胞中C、H、O、Fe都是大量元素B．干重中C的含量高是因为细胞失水C．组成人体细胞的元素，常见的有20多种D．构成人体细胞的元素在地壳中不一定能找到BC[Fe是微量元素，不是大量元素，A项错误；鲜重和干重是根据细胞是否失水划分的，干重中C的含量高是因为细胞失水，B项正确；组成细胞的元素常见的有20多种，C项正确；构成人体细胞的所有元素在地壳中都能找到，没有一种是人体细胞所特有的，D项错误。]3．无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述错误的是()A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降C．KH2PO4也能为生物体提供能量D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐C[草酸是生物体的一种代谢产物，广泛分布于植物、动物和真菌体中，草酸容易与钙离子结合形成草酸钙，不利于机体对食物中钙的吸收，A项正确；哺乳动物缺铁，会影响血红蛋白的合成，导致血液运输O2的能力下降，