高中人教版 (新课标)第1节 细胞中的元素和化合物学案及答案

这是一份高中人教版 (新课标)第1节 细胞中的元素和化合物学案及答案，共17页。


[学习目标]：
1．列举组成细胞的主要元素、大量元素和微量元素。
2．了解组成细胞的主要化合物的分类及含量。
3．掌握检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的方法。
[学习重点]
1.组成细胞的主要元素和化合物。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
[学习难点]
1.构成细胞的基本元素是碳。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
基础预习
【知识链接】
知识点一 组成细胞的化学元素及化合物
1．组成细胞的元素
(1)与非生物界的关系：组成细胞的化学元素，在________中都能找到，但各种元素的________大不相同。
(2)种类：细胞中常见的化学元素有20多种，其中
①大量元素有_____________等。
②微量元素有_____________等。
③构成细胞的元素中__________________4种元素含量最多。
④构成细胞的最基本的元素是_______。
2．组成细胞的化合物
(1)种类
①无机化合物有__________。
②有机化合物主要有___________________________________等。
(2)含量
①占细胞鲜重最多的化合物是___________。
②占细胞鲜重最多的有机化合物是_______。
③占细胞干重最多的化合物是___________。
知识点二 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
生物组织中某些有机化合物能与某些化学试剂产生特定的①_________________。
【预习自测】
想一下刚收获的大豆种子与晒干的大豆种子中含量最多的化合物相同吗？
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质时，对于材料的选择有何统一要求？
【预习反馈】
合作探究
知识点一 组成细胞的化学元素及化合物
【典例导悟】
如图表示人体细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量，以下按①②③④顺序排列，正确的是（ ）
A．水、蛋白质、糖类、脂质；N、H、O、C
B．蛋白质、糖类、脂质、水；O、C、N、H
C．水、蛋白质、脂质、糖类；H、O、C、N
D．蛋白质、水、脂质、糖类；C、O、H、N
【思路点拨】本题主要考查细胞中各种元素和化合物含量的多少，解答时应注意以下几点：
明确细胞是鲜重状态还是干重状态。
分析图中各物质含量高低顺序是②>①>③>④。
回忆细胞中各元素和化合物的含量。
答案：D。
【迁移训练1】
下图1是细胞中3种化合物含量的扇形图，图2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1表示正常细胞，则A为水
B．若图1表示细胞干重，则A为蛋白质
C．图2中含量最多的元素a是氧元素
D．图2中原子数量最多的元素也是a
知识点二 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
【典例导悟】
现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。请回答：
(1)用一种试剂将上述4种溶液区分为两组，这种试剂是_______，其电发生显色反应的一组是________和_______溶液，不发生显色反应的一组是_________和_________溶液
(2)用________试剂区分不发生显色反应的一组溶液。
(3)区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定是 ______________________________________________________________________________。
解析 分析题意可知，稀蛋清和淀粉酶属于蛋白质，葡萄糖和淀粉属于糖类，可用双缩脲试剂加以区分；葡萄糖属于还原性糖，淀粉属于非还原性糖，可用斐林试剂加以鉴定；题目最
难的地方在于稀蛋清和淀粉酶的鉴定，这时要充分利用题干中的信息，借助于第三方来解决问题，即考虑利用淀粉酶对淀粉的催化作用。
答案 (1)双缩脲试剂 稀蛋清 淀粉酶 葡萄糖 淀粉 (2)斐林试剂 (3)将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，用斐林试剂分别处理上述两种混合液，观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清溶液，出现砖红色沉淀的溶液是淀粉酶溶液
温馨提醒：
①与斐林试剂反应生成砖红色沉淀的，只能确定是还原糖，如葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖等。
②斐林试剂现配现用的原因：试剂甲和试剂乙混合后可强烈反应产生Cu(OH)2，Cu(OH)2很容易沉淀析出，因此斐林试剂一般要现配现用，而且在实验时，是混合后加入，不能分别加入，否则就无Cu(OH)2生成。
。
【迁移训练2】
下列关于“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”实验操作步骤的叙述中，正确的是 （ ）
A．用于鉴定还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定
B．若要鉴定花生种子细胞中是否含有脂肪，一定需要用显微镜观察
C．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂（甲液和乙液等量混合均匀再加入）
D．用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，需水浴加热2 min才能看到紫色
特别提醒：
1、(1)微量元素虽然含量少，但作用并不小，对于细胞的生命活动不可缺少。
(2)不同细胞所含的化学元素种类大体相同，但含量可能相差很大。
(3)组成细胞的化学元素在无机环境中都能找到，但含量相差很大，这从元素层面上反映了生物界和非生物界的统一性与差异性。
2、(1)检测还原糖时，最好选取富含还原糖的材料（如苹果、梨等），材料颜色宜淡（一般以白色最好），不会干扰实验结果。
(2)在检测蛋白质的实验中，如果用蛋清作为实验材料，一定要进行稀释，否则与双缩脲试剂反应后会粘在试管壁上。
(3)不同化学试剂和有机物之间的颜色反应，在生活实际中也有应用。例如，用斐林试剂检测尿糖，用苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液鉴定脱脂奶粉是否为假冒伪劣产品，用双缩脲试剂检测蛋白尿等。
(5)蛋白质是生命活动的主要承担者，一切生命活动都离不开蛋白质。
自我评价
知识归纳
【思维导图】
一、 组成细胞的元素
二、 组成细胞的化合物
【相关概念】
1．分类
大量元素：含量占生物总质量万分之一以上的元素
微量元素：含量占生物总质量万分之一以下的元素
2．各种元素归属范围

(1)大量元素和微量元素都是生物体生命活动所必需的。
（2)鲜重状杰下， 4种基本元素的含量是O>C>H>N；
干重状态下，4种基本元素的含量是C>O>N>H。
3．生物界与非生物界的统一性和差异性
（1）统一性：从元素种类看，组成生物体的化学元素在无机自然界都能找到，没有一种元素为生物体所特有。
（2）差异性：从元素含量看，组成生物体的化学元素在生物体内和无机自然界中含量差异很大。
4．实验流程
(1)还原糖的检测和观察
选材 含糖量较高、白色或近于白色的植物组织
制备组织样液（制浆 一层纱布过滤 取液）
显色反应
结论 组织样液中含有还原糖
(2)淀粉的检测和观察
取材 马铃薯匀浆
检测
结论 马铃薯匀浆样液中含有淀粉
(3)脂肪的检测和观察
方法一：花生种子匀浆+3滴苏丹Ⅲ染液 橘黄色
方法二：
取材 花生种子（浸泡过的）将子叶削成薄片
制片
观察 在低倍显微镜下找到已着色的圆形小颗粒，然后换高倍显微镜观察
结论 花生种子中含有脂肪
(4)蛋白质的检测和观察
选材与制备 大豆组织研磨液或蛋清稀释液
显色反应
结论 大豆组织样液中含有蛋白质
5.实验材料的选择
由于本实验室是用颜色反应检测不同的物质，因此在实验的选材上应注意以下两点：①材料本身应无色，以免对实验产生干扰；②材料应富含相关物质，使现象更明显。
6.斐林试剂与双缩脲试剂的异同分析
（1）试剂成分及使用方法比较
(2)反应原理与结果的比较
①还原糖检测：因还原糖中含有醛基，在碱性溶液中加热煮沸2 min后，会被新制Cu(OH)2氧化，而Cu(OH)2则被还原为Cu2O砖红色沉淀。
②蛋白质检测：双缩脲反应是指具有两个或两个以上肽键的化合物在碱性条件下可与Cu2+反应，生成紫色的化合物。因所有蛋白质均含多个肽键，因而均可发生此反应。反应中先加NaOH溶液的目的就是制造碱性环境。
【自主构建】
巩固提升
【基础巩固】
1 ． C 、 H 、 N 三种化学元素在组成人体的化学成分中，质量分数共占 73 ％左右，而在组成岩石圈的化学成分中，质量分数还不到 1 ％，这一事实说明了 （ ）
A ．生物界与非生物界具有相似性 B ．生物界与非生物界具有统一性
C ．生物界与非生物界具有差异性 D ．生物界与非生物界的元素组成是不同的
2 ．在过度肥胖者的脂肪组织中，含量最多的物质是 （ ）
A ．水 B ．脂肪 C ．蛋白质 D ．糖类
3 ．下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是 （ ）
A ．用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定
B ．脂肪的鉴定需要显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒
C ．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂甲液摇匀后，再加入乙液
D ．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂 A 液与 B 液要混合均匀后，再加入含样品的试管中，且必须现混现用
4 ．鉴定脱脂淡奶粉是否为伪劣产品，不需用的化学试剂是 （ ）
A ．斐林试剂 B ．苏丹Ⅳ染液 C ．双缩脲试剂 D ．红墨水
5 .下表表示人体和玉米细胞中部分含量较多的元素的含量（占细胞干重的质量分数/%），请回答下面的问题。
（1）分析玉米和人体细胞中的元素构成的相同点是 ；不同是 。
（2）清洁空气中N2占78%，地壳中含量最多的是O，而细胞干重含量最多的是C。但构成生物体的元素在自然界都能找到。这一事实说明 。
（3）在组成活细胞的化学成分中，含量最多的元素、化合物、有机物分别是___________、___________、___________。
【能力提高】
1.仙人掌生活在缺水的沙漠中,在仙人掌的细胞中含量最多的化合物是（ ）
水 B．蛋白质 C．脂质 D．糖类
2．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：
其中花卉根细胞吸收最少的离子是 （ ）
A.Ca2+ B.SO32- C.Zn2+ D.H2PO4-
3．对下表中所列待测物质的检测，所选用的试剂及预期结果都正确的是 ( )
A．①③ B．②③ C．①④ D．②④
4．若以鸡蛋蛋白液为材料进行蛋白质鉴定实验，发现蛋白液与双缩脲试剂发生反应后会粘附在试管壁上。下列关于这一现象形成原因的描述中正确的是 ( )
A．鸡蛋蛋白液稀释不够，搅拌不匀
B．只添加了双缩脲试剂A液，未添加双缩脲试剂B液
C．鸡蛋蛋白液不是合适的实验材料
D．蛋白液与双缩脲试剂的反应时间不够长
5．下列有关图示的分析中，不正确的是 ( )
A．如果该图为组成细胞的化合物，则A中含有的元素为H、0
B．如果该图表示的是组成细胞的化合物，则A是蛋白质
C．如果该图表示的是组成活细胞中的元素，则A是氧元素
D．如果该图表示的是活细胞中的元素，则其中M的含量很少
6．某小组对大豆种子萌发过程中蛋白质含量变化进行了研究（如图），请填充实验原理；判断实验步骤中划线部分是否正确，并更正错误之处；写出实验结果。
（１）实验原理：蛋白质 ，其颜色还深浅与蛋白质含量成正比。
（２）实验步骤：
①将三份等量大豆种子分别萌发1、5、9天后取出，各加入适量蒸馏水，研碎、提取、定容后离心得到蛋白质制备液；
②取3支试管，编号1、2、3，分别加入等量的萌发、5、9天的蛋白质制备液；
③在上述试管中各加入等量的 SKIPIF 1 < 0 ，振荡均匀后，在 SKIPIF 1 < 0 颜色变化。
a 。
b 。
（3）实验结果是：
7．下表中各元素的数据代表该元素占原子总数的百分比，请根据表回答下列问题：
（ 1 ）组成人体的化学元素周期表中都有，它普遍存在于非生物界，生物体内不包含特殊的“生命元素”，这个事实说明 _________________________________________ 。
（ 2 ）生物从非生物环境中获得的那些元素与环境中的这些元素的含量相差很远。如岩石圈中，氢、碳、氮三种元素加在一起还不到总原子总数的 1 ％，而在生物体中则占原子总数的 74 ％左右，这个事实说明了 _________________________________ 。
（ 3 ）构成人体的化学元素中 H 、 O 、 C 三种原子总数含量最多的原因是 _______________ 。
（ 4 ）人体中的钙在骨和牙齿中以 ________ 的形式存在，成年人缺少钙时会患 _______ 症。钙在血液中主要以 _______ 形式存在，如果含量太低会出现 ___________ 现象。
（ 5 ）此表中，没有列出铁的在人体成分中含量，是否意味着人体中不含铁？为什么？
___________________________________。
【拓展阅读】
1.细胞的生化性质
组成细胞的分子可以分为：蛋白质、核酸、糖类、脂质、水和无机盐等。水是构成生物体的重要成分，同时为细胞代谢的进行提供良好的环境。水分子相互吸引，形成大量的氢键。这一特点赋予水多种独特的性质，包括它的低黏度和作为一种良好溶剂的化学性质。除了水和无机盐以外，细胞内大部分物质是由碳、氢、氧、氮组成的有机化合物。碳原子与其他元素的原子结合，形成了大量多种多样的分子结构。许多有机分子（如核酸）非常大，包含数百万个原子。这些分子在细胞内的功能概述如下。
阅读思考：
1．说出无机化合物和有机化合物的区别。
2．概述下列有机分子的重要生物学功能。
(1)蛋白质：
(2)核酸：
参考答案
【知识链接】
1．(1)无机自然界 相对含量 (2)C、H、0、N、P、S、K、Ca、Mg Fe、Mn、Zn、Cu、B、M C、H、0、N C 2．(1)水和无机盐 糖类、蛋白质、脂质、核酸 (2)水 蛋白质 蛋白质 3．①颜色反应 ②斐林试剂 ③砖红色沉淀 ④淀粉 ⑤蓝色 ⑥苏丹Ⅲ染液 ⑦红色 ⑧双缩脲试剂 ⑨紫色
【预习自测】
（1）不相同。刚收获的大豆种子中含量最多的化合物是水，晒干的大豆种子中含量最多的化合物是蛋白质。（2）选择颜色较浅的且相应物质含量较高的生物组织，避免材料自身颜色对实验颜色变化的遮盖。
【迁移训练1】鲜重细胞含量最多的化合物是水，干重情况下则是蛋白质。由于水在活细胞中含量约占85%～90%，氧元素的质量分数又很高，因此鲜重时含量最多的元素是氧元素，而干重时C所占比例最大。细胞中某元素的含量最多，其原子数量不一定也最多，细胞中氢元素的原子数量最多，但由于其原子量最小，其含量仅占第三。答案选D。
【迁移训练2】答案：选C。本题主要考查生物组织中各有机物的检测实验，具体分析如下：
巩固提升
【基础巩固】
组成生物体的化学元素，在生物体内和在无机自然界中的含量相差很大。这个事实说明生物界与非生物界具有差异性。选C。
水在细胞鲜重中的含量高达 85 ％～ 90 ％，是细胞中含量最多的物质。题干的叙述
只是为了混淆你的判断，要识别这个小陷阱。选A。
要注意不同鉴定实验之间的差别；斐林试剂与双缩脲试剂的异同， A 液、 B 液的配
制方法或使用顺序；脂肪的鉴定中，由于脂肪颗粒小且分散在细胞中，所以观察时需要借助于显微镜。选B。
4．普通奶粉中主要含有蛋白质、脂肪和糖类。题干中的脱脂奶粉因脱去脂，所以无脂肪；因
是淡奶粉，所以无糖。因此其主要成分为蛋白质。供选答案中，斐林试剂是用来鉴定可溶性还原糖的，苏丹Ⅳ染液是用来鉴定脂肪的，双缩脲试剂是用来鉴定蛋白质的，红墨水是用来观察水分的运输所用的。选D。
5(1)所含元素大致相同 各种元素含量不同（2）生物界与非生物界的统一性
（3）O；H2O；蛋白质
【能力提升】
1．仙人掌虽然生活在缺水的环境中，但细胞中含量最多的化合物仍然是水。选A。
2．根据组成生物体的化学元素在生物体内的含量不同，分成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、Cu、Zn、B、M等。由于植物体内含有大量的Ca、S、P等元素，这些元素只能靠根从培养液中吸取，而培养液能为花卉提供Ca、S、P的离子分别是Ca2+、SO32-、H2PO4-，因此花卉对这些离子的吸收量较大。而Zn属于微量元素，因此花卉对Zn2+的吸收量较少。选C。
3．选D。
4．本题考查对蛋白质鉴定实验的原理、过程、选材、实验方法的理解和分析。双缩脲试剂是鉴定蛋白质的试剂，鸡蛋蛋白液含有丰富的蛋白质，如果蛋白液稀释不够，与双缩脲试剂发生反应后，会粘附在试管内壁上，使反应不够彻底，也不容易清洗试管。选A。
5．选B。
6．本题主要考查蛋白质的检测。(1)蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色反应，而且紫色越深说明蛋白质含量越多。(2)双缩脲试剂A液和B液不能同时加入，因为先加NaOH溶液（A液）可以为Cu2+（B液）与蛋白质反应提供一个碱性环境。若A、B液同时加入，会导致Cu2+变成Cu(OH)2沉淀而失效。(3)结合图中曲线看出，随着萌发天数的增加，蛋白质含量增多。答案：(1)与双缩脲试剂作用产生紫色反应 (2)a：错。更正：双缩脲试剂A液摇匀后，再加入双缩脲试剂B液 b：错。更正：不加热或直接观察(3)1，2、3号试管中颜色依次加深
2．（ 1 ）生物界和非生物界具有统一性（ 2 ）组成生物体的化学元素在生物体内和无机自然界中的含量相差很大，表现出生物界和非生物界存在差异性的一面（ 3 ）细胞内含量最多的化合物是水（ H2O ）， C 是构成细胞的基本元素，因此 H 、 O 、 C 的含量较多。（ 4 ）化合物 骨质疏松 离子 抽搐 （ 5）人体内含有铁，如铁是构成血红蛋白的重要元素，但需求量较少，属于微量元素
【拓展阅读】
1．有机化合物一般指含碳的化合物，无机化合物一般指除碳以外的元素构成的化合物（也包括少数的含碳氧化物及碳酸盐等）。有机化合物和无机化合物的区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成；水是无机化合物，由氢、氧两种元素组成。这样的区分是相对的，不是严格意义上的区别。
2 (1)蛋白质：是细胞结构的重要组成成分（如皮肤的胶原蛋白、核糖体蛋白），具有催化功能（酶），
或者与运动、信息传递、内部防御、运输和贮存等有关，是生命活动的主要承担者。
(2)核酸：携带生物体的遗传信息。

化合物
试剂
颜色变化
还原糖
eq \\ac(○,2)________
eq \\ac(○,3)________
eq \\ac(○,4)________
碘液
eq \\ac(○,5)________
脂肪
eq \\ac(○,6)________
橘黄色
苏丹Ⅳ染液
eq \\ac(○,7)________
蛋白质
eq \\ac(○,8)________
eq \\ac(○,9)________
斐林试剂
双缩脲试剂
甲液
乙液
A液
B液
成分
质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液
质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液
质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液
质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液
鉴定物质
还原糖
蛋白质
添加顺序方法
甲乙液等量混合均匀后注入
先注入A液摇匀，再注入B液摇匀
反应条件
水浴加热
不加热
反应现象
砖红色沉淀
紫色反应
元素
O
C
H
N
K
Ca
P
Mg
S
玉米
44.43
43.57
6.24
1.46
0.92
0.23
0.20
0.18
0.17
人
14.62
55.99
7.46
9.33
1.09
4.67
3.11
0.16
0.78
离子
K+
Na+
Mg2+
Ca2+
NO3-
H2PO4-
SO32-
Zn2+
培养液浓度/ml·L-1
1
1
0.25
1
2
1
0.25
1
岩石圈
成分
氧
硅
铝
铁
钙
钠
钾
镁
钛
氢
碳
所有其他成分<1
含量
47
28
7.9
4.5
3.5
2.5
2.5
2.2
0.46
0.22
0.19
人体
成分
氢
氧
碳
氮
钙
磷
氯
锌
硫
钠
镁
所有其他成分<0.1
含量
63
25.5
9.9
1.4
0.31
0.22
0.03
0.06
0.05
0.03
0.01