2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第2章第1节细胞中的元素和化合物（教师备课专用）

2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第2章第1节细胞中的元素和化合物（教师备课专用）

www.ks5u.com 第2章　组成细胞的分子 第1节　细胞中的元素和化合物 课标要求 核心素养 ‎1.说出组成细胞的主要元素。‎ ‎2.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，探讨细胞中主要化合物的种类。‎ ‎3.认同生命的物质性。‎ ‎1.生命观念——物质与能量观：生物体是由元素和化合物组成的。‎ ‎2.科学思维——归纳与概括：从元素的种类、含量等方面总结组成细胞的元素。‎ ‎3.科学探究——通过对检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的学习形成科学探究的学科素养。‎ 知识导图 新知预习·双基夯实 一、组成细胞的元素 ‎1．生物界与非生物界的统一性和差异性 ‎(1)统一性：组成生物体的各种元素在__无机自然界__中都能找到。‎ ‎(2)差异性：细胞中各种元素的__相对含量__与无机环境的大不相同。‎ ‎2．元素的种类和含量 ‎(1)元素 ‎(2)含量：__C、H、O、N__含量很高。‎ 二、组成细胞的化合物 组成细胞 的化合物 种类 无机化合物：__水__、__无机盐__‎ 有机化合物：主要有糖类、脂质、__蛋白质__、__核酸__等 含量 最多的化合物是__水__‎ 最多的有机化合物是__蛋白质__‎ 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 ‎┃┃活学巧练__■‎ ‎1．Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、M等是组成细胞的微量元素。(×)‎ ‎2．组成细胞的元素中C、O、H、N四种元素的含量最多。(√)‎ ‎3．在人体活细胞中氢原子的数目最多。(√)‎ ‎4．活细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质。(√)‎ ‎5．用双缩脲试剂检测蛋白质，需水浴加热方可呈现出紫色。(×)‎ ‎6．鉴定待测样液中的蛋白质时，先加NaOH溶液，振荡后加入CuSO4溶液。(√)‎ ‎7．以新鲜洋葱鳞片叶内表皮为材料，经苏丹Ⅲ染色，可观察到橘黄色颗粒状的蛋白质。(×)‎ ‎8．食物中脂肪用苏丹Ⅲ染液染色后，呈橘黄色。(√)‎ 思考：‎ ‎1．就人体细胞而言，干重与鲜重中含量占前四位的元素分别是什么？ 出现这种差异的原因是什么？‎ 提示：干重：C>O>N>H　鲜重O>C>H>N，因为鲜重中“H2O”含量最多，故可导致鲜重中“O、H”比例上升。‎ ‎2．鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用？‎ 提示：因为斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液和乙液分别保存，使用时现配现用。‎ ‎3．鉴定蛋白质时，加入试剂B后，如果没有产生紫色反应，可能的原因是什么？‎ 提示：可能加入的双缩脲试剂B过量，CuSO4在碱性溶液中生成大量的蓝色Cu(OH)2絮状沉淀，会遮盖实验中所产生的紫色，影响观察结果。‎ 学霸记忆·素养积累 重点呈现 ‎1．组成细胞的20多种化学元素中，C、H、O、N的含量最多。‎ ‎2．组成细胞的化合物中占鲜重最多的是水，占干重最多的是蛋白质。‎ ‎2．还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下生成砖红色沉淀。‎ ‎4．脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色(或被苏丹Ⅳ染液染成红色)。‎ ‎5．蛋白质与双缩脲试剂能发生紫色反应。‎ 课内探究·名师点睛 知识点 组成细胞的元素 ‎1．元素种类 ‎(1)C占人体细胞干重的55.99%，C原子本身的化学性质使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子。可以说，地球上的生命是在C的基础上建立的，因此C是组成细胞的最基本的元素。‎ ‎(2)无论细胞干重还是细胞鲜重，C、H、O、N都是细胞中含量最多的四种元素，因此被称为基本元素。‎ ‎(3)C、H、O、N、P、S这六种元素约占人体细胞总质量的97%，是细胞中的主要元素。‎ ‎(4)不同生物体内所含化学元素的种类基本相同，但含量是不同的；同一生物体内不同元素的含量一般不相同。‎ 特别提醒：细胞鲜重和细胞干重 ‎(1)细胞鲜重：细胞在自然生活状态下的质量。细胞鲜重中含量最多的化合物是水。‎ ‎(2)细胞干重：细胞除去水后的质量。细胞干重中含量最多的化合物是蛋白质。‎ ‎(3)C、H、O、N四种元素在人体细胞中的含量：在细胞鲜重中，O>C>H>N；在细胞干重中，C>O>N>H。造成这种差异的主要原因是水的含量不同。‎ ‎2．大量元素和微量元素 大量元素：含量占生物体总质量万分之一以上的元素，包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。‎ 微量元素：含量占生物体总质量万分之一以下的元素，如Fe、Mn、B、Mo、Cu、Zn等。‎ 知识贴士 微量元素和大量元素谐音记忆法 ‎(1)微量元素：铁(Fe)猛(Mn)碰(B)新(Zn)木(Mo)桶(Cu)。‎ ‎(2)大量元素：他(C)请(H)杨(O)丹(N)留(S)人(P)盖(Ca)美(Mg)家(K)。 ‎ 拓展 组成细胞的元素如下图所示。‎ 特别提醒：‎ ‎(1)大量元素和微量元素是依据自然界中生物的整体情况来划分的，具体到某一种生物中元素的含量可能有差别。‎ ‎(2)大量元素和微量元素都是组成生物体的必需元素，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如人体内可能含Pb。‎ ‎(3)微量元素在生物体内含量很少，但生理作用并不小。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例1 下列关于组成生物体化学元素的叙述，正确的是(　C　)‎ A．在组成生物体与组成无机自然界的化学元素中，C的含量均为最高 B．人、动物和植物所含的化学元素种类差异很大 C．组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到 D．不同的生物体内各种化学元素的含量基本相似 解析：元素C在生物界中含量较高，而在非生物界中含量较少。人、动物和植物所含的化学元素种类差异不大，但各种化学元素的含量不同。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎1．(2020·西安铁一中学月考)我们如何找到回家的路？荣获诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家发现大脑里的神经细胞——“位置细胞”和“网格细胞”起到了重要作用。下列叙述中正确的是(　C　)‎ A．“位置细胞”鲜重中质量百分比最高的元素是C B．“网格细胞”干重中质量百分比最高的元素是O C．上述两种细胞鲜重中原子数量最多的元素均是H D．P和S分别是“位置细胞”中的大量元素和微量元素 解析：“位置细胞”和“网格细胞”均属于神经细胞。“位置细胞”鲜重中质量百分比最高的元素是O；“网格细胞”干重中质量百分比最高的元素是C；上述两种细胞鲜重中原子数量最多的元素均是H；P和S均属于大量元素。‎ 知识点 组成细胞的化合物 组成细胞的化学元素大多以化合物的形式存在，组成细胞的主要化合物及其相对含量如下所示：‎ 拓展 ‎(1)细胞内含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质；在细胞干重中，含量最多的化合物是蛋白质。‎ ‎(2)有机化合物和无机化合物的区别：‎ 有机化合物是指除了CO2、碳酸盐及碳酸以外的含碳化合物。区分有机化合物和无机化合物主要看化合物的分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由C、H、O三种元素组成。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例2 (2019·湖北普通高中联考改编)在蚂蚁森林种树界面上，小伙伴们可以认领梭梭树、沙柳、樟子松、胡杨等，用实际行动践行“绿水青山就是金山银山”的理念，为建设美丽中国奉献自己的一份力量。梭梭树、沙柳、樟子松、胡杨均是干旱地区生命力极其顽强的树木，它们发达的根系可以从深层土壤中吸收水分，这几种树的细胞中含量最多的有机物是 (　B　)‎ A．水　　　　　 B．蛋白质 C．脂质 D．无机盐 解析：活细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎2．(不定项)图1是人体细胞中化合物含量的扇形图，图2是有活性的人体细胞中元素含量的柱形图，下列叙述正确的是 (　ABD　)‎ A．若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质 B．若图2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 C．地壳与活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1表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物是蛋白质 解析：占细胞鲜重最多的化合物是H2O，其次是蛋白质；占细胞鲜重最多的元素是O，其次是C、H等；生物界与非生物界的统一性体现在元素的种类上，而不是含量上；占细胞干重最多的化合物是蛋白质。‎ 知识点 实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 ‎1．实验原理：‎ ‎(1)还原糖＋斐林试剂砖红色沉淀 ‎(2)脂肪＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色。‎ ‎(3)蛋白质＋双缩脲试剂→紫色。‎ ‎2．鉴定实验材料的选择 ‎(1)还原糖的鉴定实验中选材的原则 ‎①选用还原糖含量较高的生物组织(或器官)。可选用苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等；不能选用甜菜、甘蔗，因为它们所含的蔗糖是一种非还原糖；马铃薯因淀粉较多，也不宜作实验材料。‎ ‎②尽量避免产生颜色干扰。要选颜色较浅或近于白色的生物组织，不能选西瓜、绿色叶片等作实验材料。‎ ‎(2)脂肪的鉴定实验中，实验材料最好选用富含脂肪的种子。‎ ‎(3)蛋白质的鉴定实验中，最好选用富含蛋白质的生物组织。植物材料常用的是大豆，动物材料常用的是鸡蛋的蛋清。‎ ‎3．实验步骤及现象 ‎(1)还原糖的鉴定 ‎①实验步骤 ‎②实验现象：在进行水浴加热时，试管中溶液的颜色变化是蓝色→棕色→砖红色沉淀。‎ 特别提醒：(1)颜色变化：斐林试剂的甲液(质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液)与乙液(质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)混匀后，立即生成浅蓝色的Cu(OH)2胶体，Cu(OH)2‎ 与还原糖在加热的条件下，先变成棕色，最后生成砖红色的Cu2O沉淀。‎ ‎(2)加热：对试管中的溶液进行水浴加热时，试管底部不要触及烧杯底部。‎ ‎(2)脂肪的鉴定 ‎①实验原理：‎ 脂肪＋ ‎②材料处理：若用花生种子作实验材料，必须提前浸泡3～4 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。如果是新鲜种子，则不必浸泡，浸泡后效果反而不好。‎ ‎③实验步骤：‎ 特别提醒：尽可能地切成薄片，否则显微镜下看到的细胞重叠，不易观察。‎ ‎(3)蛋白质的鉴定 ‎4．实验注意事项：‎ ‎(1)实验操作中的注意点。‎ ‎①还原糖检测时，使用水浴加热，试管底部不要触及烧杯底部，以防受热不均匀。‎ ‎②脂肪检测时，染色时间不宜过长，否则脂肪会溶解在酒精中，使橘黄色消失。‎ ‎③蛋白质检测时，双缩脲试剂的加入顺序：先加A液，再加B液，而且B液不能过量。目的是先制造碱性环境。若先加B液或B液过量，会生成Cu(OH)2，干扰颜色反应。‎ ‎④在蛋白质检测实验中，需要对鸡蛋清稀释到一定程度，否则与双缩脲试剂发生反应后，‎ 会黏在试管的内壁上，反应不彻底，试管也不易刷洗。‎ ‎⑤还原糖、蛋白质的检测实验中，在加入相应试剂检测之前，要留出一部分组织样液，以便与检测后的样液颜色进行对比。‎ ‎(2)有机物检测在操作步骤上的差异。‎ ‎①加热——还原糖的检测需要加热，且为水浴加热。‎ ‎②显微镜——若用花生种子切片为材料检测脂肪需要使用显微镜。‎ ‎③试剂滴加顺序——先等量混合后再滴加的是斐林试剂，分别滴加的是双缩脲试剂。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例3 为了解身体健康状况，甲、乙两人同时空腹做尿液检验。所采尿样标号分别为1号和2号，向1号和2号试管中分别加入斐林试剂后放入盛有50～65 ℃温水的烧杯中2 min,1号试管呈砖红色，2号试管呈蓝色。下列说法最为严谨的是(　C　)‎ A．甲出现尿糖，一定是糖尿病患者 B．乙不可能是低血糖病患者 C．甲健康异常，但不一定是糖尿病患者 D．这种结果无法说明任何问题 解析：甲的尿液遇斐林试剂呈砖红色，说明尿液含还原糖，但不一定是糖尿病患者，还要结合血液中葡萄糖和胰岛素含量来判断，乙的尿液遇斐林试剂无砖红色反应，说明尿液中无还原糖，血糖含量正常或偏低。甲健康异常，可能患有疾病，但不一定是糖尿病。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎3．(2019·金华一中高一检测)下列有关生物体中化合物的检测实验，对应不正确的是(　C　)‎ 选项 检测对象 试剂 颜色 水浴加热 生物材料 A 淀粉 碘液 蓝色 不需要 马铃薯块茎 B 还原糖 斐林试剂 砖红色 需要 还原糖含量较高 的白色植物组织 C 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 需要 豆浆、牛奶、鸡蛋清 D 脂肪 苏丹Ⅳ染液 红色 不需要 花生种子 解析：淀粉遇碘变蓝色；脂肪能被苏丹Ⅳ染液染成红色(或被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色)；蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应；还原糖(如葡萄糖、果糖)与斐林试剂水浴加热，生成砖红色沉淀。在以上颜色反应中，只有还原糖的鉴定实验需要水浴加热。‎ 指点迷津·拨云见日 斐林试剂和双缩脲试剂的异同 比较项目 斐林试剂 双缩脲试剂 不同点 使用方法 甲液和乙液混合均匀后即可使用，且现用现配 使用时先加A液再加B液 显色反应条件 需水浴加热 不需加热即可反应 反应原理 还原糖中的醛基或酮基被Cu(OH)2氧化，Cu(OH)2被还原为Cu2O 具有两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2＋反应生成络合物 颜色变化 出现砖红色沉淀 样液变紫色 浓度 乙液CuSO4溶液的质量浓度为0.05 g/mL B液CuSO4溶液的质量浓度为0.01 g/mL 相同点 都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH溶液的质量浓度都是0.1 g/mL 典例4 (2020·宿州期中)下列关于检测“生物组织中糖类、脂肪、蛋白质”实验操作步骤的叙述中，正确的是(　C　)‎ 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，用肉眼即可观察 C．鉴定可溶性还原糖时，斐林试剂的甲液和乙液应等量混合均匀后再加入 ‎ D．用于双缩脲试剂鉴定蛋白质时；需水浴加热2 min才能看到紫色 解析：斐林试剂的成分虽然和双缩脲试剂相同，但是浓度、用法、用量都不同，不能直接用于蛋白质的鉴定，A项错误；检测花生种子细胞中是否含脂肪，染色后需用显微镜观察，B项错误；鉴定可溶性还原糖时，斐林试剂的甲液和乙液应等量混合均匀后再加入，C项正确；用双缩脲试剂鉴定蛋白质，不需要水浴加热，D项错误。‎ 解疑答惑　　‎ 思考·讨论⇨P16‎ ‎1．提示：组成玉米细胞和人体细胞中含量较多的四种元素都一样，这是因为组成玉米细胞和人体细胞所含的化合物大体相同。‎ ‎2．提示：细胞中的微量元素含量很少，但却是生命活动不可缺少的。‎ ‎3．提示：组成玉米细胞和人体细胞中的元素种类大体相同，相对含量不同，说明不同生物体之间既有统一性，也有差异性。‎ 旁栏思考⇨P17‎ 梨的果实和叶片的细胞中所含化合物的种类基本相同，梨的果实细胞中含果糖等还原糖较多，叶片的细胞中含淀粉较多。‎ 探究·实践⇨P18‎ ‎1．略　2.略 ‎3．生物材料中有机化合物的种类、含量不同。因此，我们应该选择多种多样的食物，保证获得全面的营养。‎ 练习与应用⇨P18‎ 一、概念检测 ‎1．(1)√‎ ‎(2)×　提示：细胞中的大量元素和微量元素作用一样重要。‎ ‎(3)√‎ ‎2.‎ ‎3．C　人体细胞内含量最多的有机化合物是蛋白质。‎ ‎4．B　组成生物体的化学元素在非生物界都可以找到，没有一种化学元素是生物界所特有的，这说明了生物界与非生物界具有统一性。‎ 二、拓展应用 ‎1．提示：细胞是有生命的，可以主动地从环境中获取生命活动所需要的元素。这是生物与非生物的区别之一。‎ ‎2．提示：不能。因为最基本的生命系统是细胞，将细胞内含有的各种物质放在试管中，它们不能构成细胞这种结构。‎ 训练巩固·课堂达标 ‎1．关于组成细胞的元素、化合物的叙述，正确的是(　B　)‎ A．不同食物中营养物质的种类相同，含量不同 B．细胞中含量最多的有机物是蛋白质 C．微量元素不但含量少，而且作用也小 D．不同细胞中含有的化学元素种类差距很大 解析：不同食物中营养物质的种类和含量有很大差别，A错误；细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质，B正确；微量元素含量虽然少，但作用非常重要，C错误；不同细胞中含有的化学元素种类基本相同，元素含量差距很大，D错误。‎ ‎2．下列元素在生物体内含量较少，但对维持生物体正常生命活动必不可少的是(　C　)‎ A．Fe、Mn、Zn、Mg　　　 B．Zn、Cu、Mn、Ca C．Zn、Cu、B、Mn D．Mg、Mn、Cu、Mo 解析：‎ 在生物体内含量较少，但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是微量元素，微量元素有Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等，Mg和Ca属于大量元素。‎ ‎3．阅读短文，回答有关问题。‎ 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，即使使用了大量的N、P、K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十分茂盛，原来，这一片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工每天上下班总是抄近路走，他们的鞋子踩过的地方，牧草都是绿油油的，经过科学家的化验和分析发现一公顷牧草只需150克钼就足够了。‎ ‎(1)下列关于钼的说法不正确的是(　C　)‎ A．钼是牧草所必需的化学元素 B．钼是牧草所必需的微量元素 C．钼可以由其他元素转化而来 D．钼的作用不可以用其他元素代替 ‎(2)牧草细胞中的元素大多以__化合物__的形式存在，既有__有机化合物__，又有无机化合物，它们的区别是__分子组成中是否含有碳元素__。‎ ‎(3)研究表明该处土壤中与牧草细胞中含量最多的元素都是同一种元素，由此__不能__(填“能”或“不能”)说明生物界与非生物界具有统一性。‎ 解析：(1)钼是牧草所必需的化学元素，A正确；钼是牧草所必需的微量元素，B正确；钼不能由其他元素转化而来，C错误；钼的作用不可以用其他元素代替，D正确。‎ ‎(2)细胞中的元素大多以化合物的形式存在，组成细胞的化合物包括无机化合物和有机化合物，二者的区别为分子组成中是否含有碳元素。‎ ‎(3)土壤中与牧草细胞中含量最多的元素都是氧，但这不是生物界和非生物界具有统一性的原因，生物界和非生物界具有统一性的原因是组成生物体的元素都能在无机环境中找到，没有一种元素是生物特有的。‎