2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章第3节 第1课时细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程（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5章第3节 第1课时细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程（教师备课专用）

www.ks5u.com 第3节　细胞呼吸的原理和应用 第1课时　细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程 课标要求 核心素养 ‎1.分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。‎ ‎2.概述有氧呼吸的三个阶段，写出有氧呼吸的反应式。‎ ‎3.探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会控制和检测实验变量。‎ ‎1.生命观念——结构与功能观：线粒体结构与细胞呼吸的关系。‎ ‎2.科学思维——分析与综合：分析有氧呼吸的三个阶段，理解细胞呼吸的实质。‎ ‎3.科学探究——根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。‎ 知识导图 新知预习·双基夯实 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 二、有氧呼吸 ‎┃┃活学巧练__■‎ ‎(1)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中，必须保证酵母菌是新鲜的、有活性的。 (√)‎ ‎(2)只检测有无CO2产生即可确定酵母菌的呼吸方式。 (×)‎ ‎(3)根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生量的多少。 (√)‎ ‎(4)酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应产生灰绿色。 (×)‎ ‎(5)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。 (×)‎ ‎(6)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的。 (×)‎ ‎(7)有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 (√)‎ ‎(8)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。 (×)‎ ‎(9)有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。 (×)‎ ‎(10)需氧型细菌有氧呼吸的主要场所是线粒体。 (×)‎ 思考：‎ ‎1．利用课本酵母菌呼吸方式实验装置，设计实验，比较有氧呼吸与无氧呼吸能量释放的多少？‎ 提示：在A、B瓶增加温度计，加入等量的酵母菌、葡萄糖培养液等，相同条件下观察比较温度计刻度上升情况。‎ ‎2．酿酒业常用的菌种是酵母菌，发酵池往往封入一部分空气，为什么？‎ 提示：酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。‎ ‎3．有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？‎ 提示：有氧呼吸过程中第一、二阶段有[H]产生，其去向是在第三阶段与氧气结合形成水。‎ ‎4．有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？‎ 提示：有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。‎ 学霸记忆·素养积累 重点呈现 ‎1．CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。‎ ‎2．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下可与酒精发生化学反应，变成灰绿色。‎ ‎3．有氧呼吸的反应式为：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。‎ 课内探究·名师点睛 知识点 探究酵母菌的呼吸方式 ‎1．实验原理 ‎(1)酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。‎ ‎(2)呼吸产物——CO2和酒精的检测 ‎①澄清石灰水变混浊，且混浊程度与CO2产量有关；‎ ‎②蓝色的溴麝香草酚蓝溶液变绿再变黄，且变黄时间长短与CO2产量有关；‎ ‎③橙色重铬酸钾溶液变灰绿色。‎ ‎2．探究过程 提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么？‎ ‎↓‎ 作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设 实验现象 ‎↓‎ ‎3．实验分析及拓展 ‎(1)实验分析 ‎①通入甲中A瓶的空气需先通过NaOH溶液的目的是保证进入A瓶的气体中不含有CO2，保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸产生的。‎ ‎②乙中B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌无氧呼吸产生的。‎ ‎(2)不同材料呼吸实验的设计 ‎①若探究种子呼吸状况则不必遮光，但需“死种子”作对照。‎ ‎②若探究“植株或幼苗”呼吸状况，应进行遮光处理，以防止光合作用的干扰，‎ 同时可设置同种状况但杀死的植株或幼苗作对照。‎ 知识贴士 酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例1 利用右图所示装置探究酵母菌的无氧呼吸，正确的操作方法是(　C　)‎ A．A瓶密封后，应该立即连通B瓶　‎ B．A瓶先敞口，培养一段时间，再连通B瓶 C．A瓶密封后，培养一段时间，再连通B瓶 D．实验后，在B瓶中加入重铬酸钾检验有无酒精产生 解析：A瓶密封后，锥形瓶内仍有少量氧气，所以不能立即连通B瓶，A错误；探究酵母菌的无氧呼吸的条件是无氧，所以A瓶先敞口培养一段时间不符合要求，B错误；A瓶密封后，培养一段时间，以便消耗掉瓶中的氧气，再连通B瓶，确保产生的二氧化碳都是无氧呼吸产生的，C正确；实验过程中，二氧化碳通过导管进入B瓶，酒精仍在A瓶中，所以实验结束后，取A瓶中培养液加入重铬酸钾检验酒精的产生，D错误。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎1．下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是(　C　)‎ A．二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄 B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等 C．可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式 D．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2‎ 解析：酵母菌呼吸产物CO2可用澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液来检测，实验现象分别是澄清石灰水变混浊、溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2，因此不能根据CO2的产生与否来判断细胞呼吸方式；实验过程中需将葡萄糖溶液煮沸，目的是灭菌和去除溶液中的O2，减小实验的误差，此外还需保持无关变量温度、pH、培养液浓度等适宜。‎ 知识点 有氧呼吸 ‎1．线粒体的结构(如右图所示)‎ ‎(1)双层膜 ‎(2)嵴：由内膜的某些部位向内腔折叠形成。嵴使内膜的表面积大大增加，更有利于有氧呼吸的进行。‎ ‎(3)基质：嵴的周围充满液态的基质。线粒体基质中含有少量的DNA和RNA，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。‎ ‎2．有氧呼吸的概念及实质 ‎(1)概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。‎ ‎(2)实质：细胞在O2的参与下，氧化分解有机物，释放能量，供给生命活动的需要。‎ ‎3．有氧呼吸的过程 有氧呼吸过程 第一阶段 第二阶段 第三阶段 场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 反应物 葡萄糖(C6H12O6)‎ 丙酮酸(C3H4O3)＋H2O ‎[H]＋O2‎ 产物 丙酮酸＋[H]‎ CO2＋[H]‎ H2O 是否需氧 不需氧 不需氧 需氧 产生ATP数量 少量(2 mol)‎ 少量(2 mol)‎ 大量(28 mol)‎ 反应式 C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋能量 C3H4O3＋3H2O3CO2＋10[H]＋能量 ‎24[H]＋6O212H2O＋能量 总反应式及各 元素的去向 特别提醒：反应式中左右两边的水不能抵消，原因是左边的水是用于生成[H]和部分CO2的，而右边的水分子中的氧原子全部来自O2。CO2中的氧原子一半来自C6H12O6，一半来自参与反应的水分子。‎ ‎4．有氧呼吸过程中的产能及能量利用率 ‎(1)产能：‎ ‎(2)能量利用率：葡萄糖有氧分解时，能量利用率为×100%≈34.05%，还有约65.95%的能量以热能的形式散失。‎ ‎┃┃典例剖析__■‎ 典例2 (2020·河北定州中学高一月考)如图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(　D　)‎ A．①②④中数值最大的是①‎ B．③代表的物质名称是氧气 C．线粒体能完成图示全过程 D．原核生物能完成图示全过程 解析：有氧呼吸过程中第三阶段释放的能量最多，即图中的④，A错误；③是有氧呼吸第二阶段的反应物——水，B错误；有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，C错误；原核细胞没有线粒体，但是可以进行有氧呼吸，如蓝细菌，故原核生物能完成图示全过程，D正确。‎ ‎┃┃变式训练__■‎ ‎2．(2019·南京一中月考)下图是有氧呼吸过程的图解，据图回答(1)～(3)题：‎ ‎(1)有氧呼吸是从__葡萄糖__的氧化分解开始的，全过程分为__三__个阶段。‎ ‎(2)有氧呼吸的主要场所是__线粒体__；进入该场所的呼吸底物是__丙酮酸__；释放的CO2是在第__二__阶段产生的；H2O是在第__三__阶段形成的；产生能量最多的是第__三__阶段。‎ ‎(3)有氧呼吸中O2的作用是__与[H]结合生成H2O，产生大量的能量__，写出有氧呼吸的总反应式：__C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量__。‎ 解析：对照图解分析有氧呼吸过程。第一阶段发生在细胞质基质中，1分子葡萄糖分解为2分子的丙酮酸，同时产生[H]‎ 和少量能量；第二阶段发生在线粒体基质中，丙酮酸和水彻底分解为CO2，同时产生[H]和少量能量；第三阶段发生在线粒体内膜上，[H]和O2结合生成H2O，同时产生大量能量。‎ 指点迷津·拨云见日 关于细胞呼吸方式探究的注意事项 ‎1．配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入酵母菌。否则，高温会杀死酵母菌。‎ ‎2．有氧条件：必须持续通入空气，以保证O2的充足。空气通入A瓶之前先用NaOH溶液处理，目的是吸收CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰。‎ 无氧条件：装置中B瓶应封口放置一段时间后，再连接澄清的石灰水，其目的是先让酵母菌将B瓶中的O2消耗完，确保只进行无氧呼吸。‎ ‎3．在25～35 ℃的环境中进行实验，此时的酵母菌中酶活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显。‎ ‎4．浓硫酸有腐蚀性，往试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。‎ 典例3 下图为探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述正确的是(　B　)‎ A．实验自变量为温度 B．实验因变量为CO2的多少 C．空气泵泵入的气体应先除去O2‎ D．乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO2‎ 解析：该实验的自变量是氧气的有无，温度属于无关变量，A错误；该实验通过Ca(OH)2溶液检测CO2的产生量，B正确；空气泵通入气体是为有氧呼吸提供O2，但应先除去泵入气体中的CO2，C错误；乙、丙两试管的培养液需煮沸(除去CO2)冷却后再加入干酵母，避免高温杀死酵母菌，D错误。‎ 解疑答惑　　‎ 问题探讨⇨P90‎ ‎1．通气是为了使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖，密封是为了使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。‎ ‎2．在氧气充足的环境下，其繁殖速度大大提高，因此能大量繁殖。‎ ‎3．可以为酵母菌的生命活动提供能量。‎ 思考·讨论⇨P93‎ ‎1．有氧呼吸的能量转化效率大约是977.28÷2 870≈34%，由于1 mol ATP水解释放的能量是30.54 kJ，所以这些能量大约可以使977.28÷30.54×6.02×1023＝1.93×1025个ADP转化为ATP。‎ ‎2．保护细胞的基本结构。如果组成细胞的化合物迅速而彻底地氧化分解，能量会迅速地全部释放出来，细胞的基本结构也会因此遭到彻底的破坏。‎ 训练巩固·课堂达标 ‎1．(2019·湖北省十堰市高一)下图甲、乙是探究酵母菌细胞呼吸方式的两套实验装置图，下列分析错误的是(　A　)‎ A．可通过观察澄清的石灰水是否变混浊来探究酵母菌的细胞呼吸方式 B．若换用溴麝香草酚蓝溶液来检测，两组实验中溴麝香草酚蓝溶液都会由蓝变绿再变黄 C．实验过程中，甲组装置中石灰水的混浊程度可能比乙组的明显 D．上述两组实验均为实验组，属于对比实验 解析：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，所以不能通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式，A错误；甲(有氧呼吸)、乙(无氧呼吸)两组装置均可以产生CO2，故若换用溴麝香草酚蓝溶液来检测，两组实验中溴麝香草酚蓝溶液都会由蓝变绿再变黄，B正确；装置甲中酵母菌主要进行有氧呼吸，装置乙中酵母菌主要进行无氧呼吸，而有氧呼吸产生的二氧化碳比无氧呼吸多，因此装置甲中石灰水的混浊程度比装置乙高，C正确；对比实验是指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系。根据概念可知探究酵母菌细胞呼吸的方式属于对比实验，由于甲乙两组都为实验组，D正确。‎ ‎2．(2020·北京东城高一期末)下列可准确判断酵母菌呼吸作用方式的是(　C　)‎ A．有无二氧化碳的生成　 B．有无乳酸的生成 C．有无酒精的形成 D．有机物的消耗量 解析：‎ 酵母菌细胞有氧呼吸与无氧呼吸都能产生二氧化碳，A错误；酵母菌细胞有氧呼吸与无氧呼吸均不能产生乳酸，B错误；酵母菌有氧呼吸的产物中无酒精，无氧呼吸的产物中有酒精，C正确；有机物的消耗量与温度、氧气浓度等多方面因素有关，不能根据有机物的消耗量判断细胞呼吸方式，D错误。‎ ‎3．如图甲是绿色植物在晴朗的白天有氧呼吸各阶段反应示意图，其中1～7表示能量或物质，图乙是线粒体简图。下列叙述错误的是(　D　)‎ A．图甲中2→3过程，所有活细胞内都能进行 B．图甲中3→6过程，发生在图乙的②处 C．图乙的③处能发生图甲中生成4的反应 D．叶肉细胞内产生的6来自①‎ 解析：图甲中2→3表示有氧呼吸的第一阶段，和无氧呼吸的第一阶段完全相同，而活细胞都能进行有氧或无氧呼吸；图甲中3→6表示有氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，即图乙的②处；图乙中③处为线粒体内膜，是有氧呼吸第三阶段的场所，发生[H]与O2结合生成水的过程，图甲中4指的是水；白天叶肉细胞中线粒体产生的6(CO2)来自于②。‎ ‎4．如图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置图，C、E瓶为澄清石灰水，请据图分析：‎ ‎(1)A瓶加入的试剂是__NaOH溶液__，其目的是__排除空气中CO2对实验结果的干扰__，B中酵母菌细胞呼吸的场所为__细胞质基质和线粒体__。‎ ‎(2)乙装置的酵母菌产生CO2部位是__细胞质基质__。酵母菌与乳酸菌在结构上最主要的区别是：前者__有以核膜为界限的细胞核__。如果把18O2充入甲装置，则酵母菌内最先出现18O2标记的化合物是__水__。‎ ‎(3)D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶，其原因是__确保通入E瓶的CO2主要是酵母菌无氧呼吸所产生的__。‎ ‎(4)图中装置有无错误之处？如果有，请在相应的图中加以改正。‎ 如图：‎ ‎_________________‎ 解析：(1)A瓶加入的试剂是NaOH溶液，其目的是吸收空气中的CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰；B中酵母菌进行有氧呼吸，所以细胞呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。(2)乙装置的酵母菌进行无氧呼吸．其产生CO2部位是细胞质基质。酵母菌属于真核生物，乳酸菌属于原核生物，二者在结构上最主要的区别是酵母菌有以核膜为界限的细胞核。如果把18O2充入甲装置，则酵母菌内最先出现18O2标记的化合物是水，即第三阶段与[H]结合生成的水。(3)D瓶应封口放置一段时间后，消耗尽装置中的氧气，形成无氧环境，再连通E瓶，其原因是确保通入E瓶的CO2主要是酵母菌无氧呼吸所产生的。(4)由B瓶通入C瓶的玻璃管应插入C瓶液面下，否则不能很好地检测实验结果。‎