2019-2020学年新教材素养突破人教版生物必修第一册讲义练习：第五章 细胞的能量供应和利用 5-3-1

2019-2020学年新教材素养突破人教版生物必修第一册讲义练习：第五章 细胞的能量供应和利用 5-3-1

第 1 课时 细胞呼吸的原理和应用(一) 课前自主预习案 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 1．酵母菌作为实验材料的原因 酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 2．不同条件下的装置[填图] (1)有氧条件装置： (2)无氧条件装置： 3．检测细胞呼吸产物所用试剂与现象[填表] 检测产物 所用试剂 实验现象 二氧化碳 澄清的石灰水 变浑浊 溴麝香草酚蓝水溶液 由蓝变绿再变黄 酒精 (酸性)重铬酸钾溶液 橙色变成灰绿色 4.结论 酵母菌的呼吸方式：有氧呼吸和无氧呼吸。 二、有氧呼吸 1．主要场所——线粒体[据图填空] (1)写出序号代表的结构名称： ①外膜；②内膜形成的嵴；③线粒体基质。 (2)与有氧呼吸有关的酶分布在：②③。 (3)线粒体的分布：集中在代谢旺盛的部位。 2．化学反应式 C6H12O6＋6H2O＋6O2――→酶 6CO2＋12H2O＋能量 3．物质转化过程[填图] 4．能量转化 判断有关叙述的正误 (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)重铬酸钾溶液可以直接和酒精发生化学反应变成灰绿色( ) (3)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内( ) (4)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的( ) (5)有氧呼吸释放的能量全部用于合成 ATP( ) (6)有氧呼吸既产生水也消耗水( ) (7)有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]全部用于第三阶段( ) (8)酵母菌细胞既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸( ) (9)线粒体基质中含有少量的 DNA 和 RNA( ) (10)有氧呼吸的三个阶段都产生能量，但产生的量不同( ) 答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)√ (8)√ (9)√ (10)√ 课堂互动探究案 【课程标准】 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量 探究酵母菌的呼吸方式 【素养达成】 1．简述细胞呼吸的概念和化学变化过程。(科学思维) 2. 通过实验探究不同条件下酵母菌的细胞呼吸方式。(科学探究) 3．说出线粒体的结构和功能；说明有氧呼吸的过程及原理。(科学思维) 4．探讨有氧呼吸在生产和生活中的应用。(社会责任) 翱翔的飞机需要发动机燃烧油料来提供能量，这一过程中，油料在发动机内剧烈燃烧， 需要消耗氧气，产生二氧化碳，同时产生大量的能量推动发动机运转。生物体的生命活动也 需要消耗能量，这些能量来自于有机物的氧化分解，也就是细胞呼吸。细胞呼吸和燃烧有什 么区别？它的过程又是怎样的呢？ 探究点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式 【师问导学】 下图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，请分析： 1．结合对实验材料的选择和处理，探讨以下问题： (1)配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？ (2)为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后方可加入新鲜的酵母菌？ (3)为什么要把装置放置在 25℃～35℃的环境下培养？ 答案： (1)新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。 (2)煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。 (3)在 25 ℃～35 ℃的条件下，酵母菌中酶的活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显， 可保证实验效果。 2．本实验的自变量和因变量分别是什么？甲、乙装置中是如何控制自变量的？ 答案：自变量是氧气的有无，因变量为是否有 CO2 和酒精的产生。甲中用橡皮球或者气 泵充气的目的是保证 A 瓶中有氧气存在，乙中 B 瓶密封是保证无氧环境。 3．图甲中质量分数为 10%的 NaOH 溶液的作用是什么？ 答案：NaOH 与空气中的 CO2 反应生成 Na2CO3 和 H2O，保证了通入酵母菌培养液的气体 中不含 CO2，避免对实验结果造成干扰。 4．B 瓶装好后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？ 答案：B 瓶封口后，锥形瓶内的空气中有氧，酵母菌开始进行有氧呼吸，也产生 CO2。所 以，要过一段时间，等 B 瓶中的氧气消耗完以后，再将产生的气体通入澄清石灰水，保证通 入澄清石灰水中的是无氧呼吸产生的 CO2。 5．A 装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？ 答案：保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。 6．产物检测 (1)酒精的鉴定：橙色的______________溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反 应，变成____________色。 (2)CO2 的鉴定：CO2 可使________变浑浊，也可使________水溶液由________变________ 再变________。 答案： (1)重铬酸钾 灰绿 (2)澄清石灰水 溴麝香草酚蓝 蓝 绿 黄 7．结果分析 (1)甲、乙装置中的澄清石灰水都变浑浊，但是甲装置石灰水变浑浊的程度大。说明 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)从 A、B 中各取少量培养液分别注入 1、2 号两支试管中，再分别加入 0.5 mL 含有重铬 酸钾的浓硫酸溶液，振荡后发现 1 号试管不变色，2 号试管变成灰绿色。这说明 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸产生二氧化碳，但是有氧条件下 产生的二氧化碳更多些 (2)酵母菌在无氧条件下会产生酒精 8．实验结论：酵母菌的细胞呼吸有两种方式： ________________________________________________________________________。 答案：有氧呼吸和无氧呼吸 【智涂笔记】 对比实验和对照实验 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 对实验对象的影响，这样的实验叫做对比实验。对比实验不设对照组，均为实验组(或互为实 验组和对照组)，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。 小贴士：重铬酸钾可以检测有无酒精存在，这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒。 具体做法是：让司机呼出的气体直接接触到载有用硫酸处理过的重铬酸钾或三氧化铬的硅胶 (两者均为橙色)，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾或三氧化铬就会变成灰绿色的硫酸铬。 酵母菌在有氧呼吸和无氧呼吸过程中均会产生 CO2，故不能依据是否有 CO2 产生来判断 酵母菌的细胞呼吸类型，但可以以 CO2 产生的速率作为检测指标。 【师说核心】 一、本实验课题的分析归纳 1．实验原理 2．实验步骤 3．实验现象 条件 澄清石灰水的变化/ 出现变化的快慢 重铬酸钾— 浓硫酸溶液 甲组(有氧) 变浑浊/快 无变化 乙组(无氧) 变浑浊/慢 出现灰绿色 4.实验结论 (1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 (2)在有氧条件下产生 CO2 多而快，在无氧条件下产生酒精和 CO2。 二、实验课题的拓展分析 1．本实验的探究课题可以转变为：探究有氧条件和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。 2．根据检测目的不同，可细化为两个子课题：①在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产 生 CO2 的多少；②在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。具体分析如下： 课题名称 课题一 课题二 自变量 有氧和无氧 因变量 产生 CO2 的多少 酒精的有无 观察指标 ①澄清石灰水变浑浊的程度 ②溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 所用时间的长短 重铬酸钾溶液的颜色变化 无关变量 温度、营养物质的浓度和总量等 实验结论 在有氧条件下产生的 CO2 多 在无氧条件下才能产生酒精 【检测反馈】 1．(合格必考)下列可用于探究不同呼吸方式的实验材料是( ) A．萌发的种子 B．蛔虫 C．草履虫 D．以上均可以 解析：萌发的种子既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸；蛔虫只进行无氧呼吸； 草履虫只能进行有氧呼吸。 答案：A 2．(合格必考)下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”，说法不正确的是( ) A．酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物 B．在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通入酵母菌的培养液 C．酵母菌呼吸产生的 CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 D．酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色 解析：酵母菌属于兼性厌氧生物，适用于作为研究细胞呼吸的实验材料，A 正确；在有氧 呼吸的装置中，不可将空气直接通入酵母菌的培养液，应先用 NaOH 吸收除去空气中的二氧 化碳，B 错误；酵母菌呼吸产生的 CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，或使澄清 石灰水变浑浊，C 正确；酵母菌无氧呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反 应变成灰绿色，D 正确。 答案：B 3．(合格必考)如图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，有关叙述正确的是( ) A．该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，其中乙组作为对照组 B．若向 b 瓶和 d 瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，则 d 瓶内的溶液会变黄 C．可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测 CO2 的产生速率 D．若 c 瓶和 e 瓶中溶液都变浑浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式 解析：该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，甲、乙组互为对照组，A 错误；若 向 b 瓶和 d 瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，由于只有无氧呼吸才会产生酒精，所以 d 瓶内的溶 液会变灰绿色，B 错误；由于 CO2 能使溴麝香草酚蓝水溶液变黄，所以可根据溴麝香草酚蓝 水溶液变黄的时间长短，来检测 CO2 的产生速率，C 正确；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能 产生二氧化碳，但产生的量不等，所以可以根据浑浊程度判断酵母菌的呼吸方式，D 错误。 答案：C 4．(合格必考)如图中所示烧杯内装有含酵母菌的葡萄糖溶液，试管中装有澄清的石灰水， 两日后发现石灰水变浑浊并有沉淀产生。对这一现象的正确解释是( ) A．大气中的 CO2 进入试管内 B．酵母菌进行光合作用时放出 CO2 C．酵母菌进行无氧呼吸时放出 CO2 D．酵母菌进行有氧呼吸时放出 CO2 解析：CO2 能够与 Ca(OH)2 发生反应生成 CaCO3，使澄清的石灰水变浑浊；酵母菌是真菌， 不能进行光合作用；烧杯被石蜡密封，因此酵母菌主要进行无氧呼吸，CO2 就产生于无氧呼吸 过程。 答案：C 5．(等级选考)如图是测量种子萌发时锥形瓶中气体体积变化的实验装置。锥形瓶中放的 种子事先用水浸泡过并在稀释的消毒剂中清洗过(不影响种子的生命力)。实验开始时 U 型管左 侧液面与右侧液面相平，每隔半小时利用标尺量出右侧液面高度变化，以下关于该实验的分 析正确的是( ) A．种子在消毒剂中清洗是为了防止微生物呼吸作用干扰实验结果 B．此实验的目的是测定种子萌发时有氧呼吸及无氧呼吸的速率 C．一段时间后右侧液面高度不再变化，说明种子的细胞呼吸完全停止 D．为排除外界因素的影响，需要将装置中的 NaOH 溶液换成清水(其他保持不变)作为对 照组 解析：装置中含有空气，所以测定的是有氧呼吸速率而不是无氧呼吸速率。一段时间后 右侧液面高度不再变化，原因可能是锥形瓶内氧气消耗完毕，种子不能进行有氧呼吸，但不 能说明种子的细胞呼吸完全停止。D 项中对照组的设置可以校对外界环境变化带来的误差，但 实验设置错误，应该用等量的在稀释的消毒剂中清洗过的死种子(其他保持不变)作为对照组。 答案：A 6．(等级选考)[2019·北京西城高一期末]某实验兴趣小组探究了种子萌发初期种子质量的 变化和所在密闭容器中温度的变化，结果见下表。下列叙述不正确的是( ) 初始种子 现在种子 2 小时前 现在的 质量(g) 质量(g) 的温度 温度(℃) 甲组 萌发的种子 30 25.5 26 32 乙组 煮熟的种子 30 29.7 26 26 A．乙组种子不进行细胞呼吸，在该实验中起对照作用 B．甲组种子质量减少是由于细胞呼吸分解了有机物 C．甲组容器中温度上升是由于细胞呼吸吸收了能量 D．本实验结果说明种子萌发初期细胞呼吸强于萌发之前 解析：乙组是煮熟的种子，不能进行呼吸作用，为对照组，A 正确；甲组种子质量减少是 由于细胞呼吸分解了有机物，B 正确；甲组容器中温度上升是由于细胞呼吸释放了能量，C 错 误；甲组容器中温度上升，说明种子萌发初期细胞呼吸强于萌发之前，D 正确。 答案：C 探究点二 有氧呼吸的过程 【师问导学】 对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要方式，下图是细胞内有氧呼吸的过 程示意图，结合该图分析下面的问题： 1．仔细观察上图，分析线粒体与其功能相适应的结构特点有哪些？ 答案：线粒体内膜向内腔折叠形成嵴，大大增加了内膜表面积，在内膜上和基质中含有 许多种与有氧呼吸有关的酶。 2．结合图解，对有氧呼吸的三个阶段进行归纳，完成下表。 阶段 场所 反应物 产物 释放能量 第一阶段 细胞质基质 葡萄糖 ________ 少量 第二阶段 ______ 丙酮酸、H2O CO2、[H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 [H]、O2 H2O ______ 答案：丙酮酸、[H] 线粒体基质 大量 3．仔细观察教材 P93 图 5－9，并阅读教材文字叙述，讨论并交流下列问题： (1)试从元素角度分析有氧呼吸过程中各物质的来源、去向，写出反应式并用箭头进行标 注。 (2)如果用放射性同位素 18O 来分别标记 A 组的 C6H1812O6 中的 O 和 B 组中的 18O2，试分析 A、B 两组中的放射性元素最终会出现在哪种产物中。 (3)分析糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？ (4)细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化？ (5)1 mol 葡萄糖在体内彻底氧化分解共释放出 2 870 kJ 的能量，其中有________ kJ 的能 量储存在 ATP 中，其余的能量以热能的形式散失，以维持体温的恒定。 答案： (1) (2) A 组标记的是 C6H1812O6，C6H12O6 的利用过程是 C6H1812O6→丙酮酸→C18O2，所以 A 组的 放射性出现在产物的 CO2 中。B 组对 18O2 进行标记，在有氧呼吸中，18O2 是在第三个阶段参 与的，其产物是 H182 O，所以 B 组的放射性首先出现在 H2O 中。H182 O 可以参与第二阶段丙酮 酸的氧化分解，又会出现在 C18O2 中，即 18O2→H182 O→C18O2。 (3)因为线粒体膜上含运输丙酮酸的载体蛋白，不含有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不 能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。 (4)细胞呼吸过程中储存在有机物中的稳定化学能，转变成储存在 ATP 的高能磷酸键中活 跃化学能和热能。 (5)977.28 4．有氧呼吸和物质燃烧的异同，完成下表。 有氧呼吸 物质燃烧 反应条件 温和条件，需要酶催化 ________ 能量释放程度 ________ 剧烈释放 是否生成 ATP 是 ________ 答案：点燃 缓慢释放 否 5．根据反应式概括有氧呼吸的概念：有氧呼吸是指细胞在________的参与下，通过多种 ________的催化作用，把________等有机物________氧化分解，产生________，释放________， 生成大量 ATP 的过程。 答案：氧 酶 葡萄糖 彻底 二氧化碳和水 能量 【智涂笔记】 [名师点拨] 关注细胞呼吸过程中的几个易误点 (1)有氧呼吸的反应式中箭头不能写成等号，能量不能写成 ATP。 (2)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。 (3)[H]是一种十分简化的表示方式，这一过程实际上是氧化型辅酶 I(NAD＋)转化成还原型 辅酶 I(NADH)。 (4)有氧呼吸的三个阶段都需要不同的酶来催化。 (5)原核生物没有线粒体，但是也可进行有氧呼吸，场所是细胞质基质和细胞膜。 (6)产生 CO2 的不只是有氧呼吸，酒精发酵过程中也有 CO2 的产生。 (7)有氧呼吸过程中产生的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子的水。 【师说核心】 1．过程图解 2．过程分析 (1)有氧呼吸中氧元素的来源和去路：(研究方法：同位素标记法) (2)反应物和产物： ①CO2 是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。 ②O2 参与了第三阶段，[H]和 O2 结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧元素来自 O2， 场所是线粒体内膜。 ③有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反 应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和 O2 结合生成的。 (3)细胞呼吸中[H]和 ATP 的来源和去路： 来源 去路 [H] 有氧呼吸：C6H12O6 和 H2O 无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与 O2 结合生成水 无氧呼吸：还原丙酮酸 ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生 用于各项生命活动 无氧呼吸：只在第一阶段产生 (4)能量代谢： ①有氧呼吸三个阶段都释放能量产生 ATP，而无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生 ATP。 ②细胞呼吸释放的能量大部分以热能散失，少部分转移到 ATP 中。 【检测反馈】 1.(合格必考)如图为线粒体的结构示意图，其中不可能发生的反应是( ) A．②处发生有氧呼吸第二阶段 B．①处产生 ATP C．②处产生 CO2 D．③处发生[H]与 O2 的结合反应 解析：分析示意图可知，①②③分别表示线粒体内外膜间隙、线粒体基质和内膜。有氧 呼吸的第二阶段发生在场所②，该过程有 CO2 产生，而[H]与 O2 的结合反应在③上完成。物质 氧化分解过程不能在①处进行，①处也不能产生 ATP。 答案：B 2．(合格必考)下图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是( ) 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：④是有氧呼吸的第三阶段释放的能量，有氧呼吸第三阶段释放的能量最多，A 错误； ③是第二阶段的反应物水，不是氧气，B 错误；有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，线粒 体只能完成有氧呼吸的第二阶段和第三阶段，C 错误；原核生物如蓝藻，能完成有氧呼吸过程， D 正确。 答案：D 3．(合格必考)提取鼠肝细胞的线粒体作为实验材料，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸 时，测得氧的消耗量较大；当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小，同时注入细胞质基质和 葡萄糖时，氧消耗量又较大。下列叙述中与实验结果不符合的是( ) A．有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段 B．在线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖 C．葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸 D．水是在细胞质基质中生成的 解析：由题意可知，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，测得氧的消耗量较大；说明 由丙酮酸和氧参与的第二、三阶段是在线粒体内进行的，A 正确；当注入葡萄糖时，测得几乎 不耗氧，说明线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖，B 正确；同时注入细胞质基质和葡萄 糖时，氧消耗量又较大，说明葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸，C 正确；本实验无 法证明水是在细胞质基质中生成的，由有氧呼吸过程知，水是在线粒体中生成的，D 错误。 答案：D 4．(等级选考)为揭示有氧呼吸过程中的生化反应途径，科学家经历了复杂的探索。 请回答问题： (1)科学家用鸽子的飞行肌作为研究材料，因为飞行肌细胞呼吸速率较高，适合用于研究 氧 化 分 解 过 程 。 葡 萄 糖 在 细 胞 质 基 质 中 经 过 糖 酵 解 ( 有 氧 呼 吸 第 一 阶 段 ) 产 生 的 ________________________________________________________________________ 进入线粒体，最终分解为________和水，释放大量能量，为肌细胞供能。 (2)20 世纪 30 年代，科学家分别发现线粒体内存在两个反应 过程，表示如下(字母代表不 同中间产物)。 过程 1：A→B→C→D→E 过程 2：E→F→G→H 两个反应过程存在什么关系呢？科学家利用丙二酸(抑制 E→F 过程)和中间产物 F 进行实 验，结果如下图所示。 根据实验结果分析，过程 1 与过程 2 最可能连成________(线形、环形)代谢途径，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)现代生物学技术为研究代谢过程提供了更直接的手段。例如，科学家曾用________法 追踪各种有氧呼吸中间产物转化的详细过程。 (4) 有 氧 呼 吸 生 化 反 应 途 径 的 揭 示 过 程 ， 给 你 带 来 的 关 于 科 学 研 究 的 启 示 有 ________________________________________________________________________。 解析：本题考查学生的实验探究能力，选取有氧呼吸的科学真实探究过程，依实验结果 推导实验结论，根据已有知识可知：葡萄糖在细胞质基质中经过糖酵解(有氧呼吸第一阶段) 产生的丙酮酸进入线粒体，最终分解为 CO2 和水，释放大量能量，为肌细胞供能。依实验结 果可推测过程 1 与过程 2 最可能连成环形代谢途径，理由：第 3 组和第 1 组相比，注射物质 F， 使过程 1 中的 A 和 C 增加，说明过程 2 可促进过程 1；第 3 组和第 2 组相比，注射丙二酸， 抑制了 E→F 的过程，导致 E 物质积累，支持环形代谢途径的假设。现代生物学技术为研究代 谢过程提供了更直接的手段。例如，科学家曾用同位素标记法追踪各种有氧呼吸中间产物转 化的详细过程。 答案： (1)丙酮酸 CO2 (2)环形 证据 1：第 3 组和第 1 组相比，注射物质 F，使过程 1 中的 A 和 C 增加，说明过程 2 可促 进过程 1 证据 2：第 3 组和第 2 组相比，注射丙二酸，抑制了 E→F 的过程，导致 E 物质积累，支 持环形代谢途径的假设 (3)(同位素)示踪 (4)答案样例：技术促进科学发展、科学研究注重实验证据等 (可从科学研究需要合理选材、巧妙设计、充分论证和善用技术等方面作答，答案合理即 可。) 【网络建构】 【主干落实】 1．酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，是兼性厌氧型生物。 2．CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。 3．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。 4．有氧呼吸的反应式为：C6H12O6＋6O2＋6H2O――→酶 6CO2＋12H2O＋能量。 5．有氧呼吸的三个阶段： (1)细胞质基质：C6H12O6 ――→酶 丙酮酸＋[H]＋能量。 (2)线粒体基质：丙酮酸＋H2O――→酶 CO2＋[H]＋能量。 (3)线粒体内膜：[H]＋O2――→酶 H2O＋能量。 课后分层检测案 17 细胞呼吸的原理和应用(一) 授课提示：对应学生用书 161 页 【合格考全员做】(学业水平一、二) 1．利用如图所示装置探究酵母菌的无氧呼吸，正确的操作方法是( ) A．A 瓶先敞口培养一段时间后，再连通 B 瓶 B．A 瓶密封后，应该立即连通 B 瓶 C．A 瓶密封后，培养一段时间，再连通 B 瓶 D．实验结束后，在 B 瓶中加入重铬酸钾检验酒精 解析：探究酵母菌无氧呼吸需要设置无氧条件，同时检测无氧呼吸的产物 CO2，因此装置 中要将 A 瓶密封一段时间，让酵母菌将瓶中的氧气消耗干净后再连通 B 瓶，保证澄清石灰水 变浑浊是由酵母菌在无氧条件下产生 CO2 造成的。 答案：C 2．在检验酵母菌细胞呼吸产物时，常用到一些特殊的颜色反应，下列描述不正确的是 ( ) A．CO2 可使澄清的石灰水变浑浊 B．CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 C．乙醇在碱性条件下能与灰绿色的重铬酸钾溶液反应变成橙色 D．乙醇在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色 解析：CO2 能使澄清的石灰水变浑浊，或使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。乙醇在 酸性条件下(浓硫酸)能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色。 答案：C 3．在有氧呼吸过程中，进入细胞的氧将( ) ①与氢结合生成水 ②与碳结合生成二氧化碳 ③在线粒体中被消耗 ④在线粒体与细 胞质基质中被消耗 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④ 解析：在有氧呼吸过程中，进入细胞的氧在有氧呼吸的第三阶段被用于氧化有氧呼吸第 一、二阶段产生的[H]，这一步是在线粒体内膜上进行的。 答案：C 4．用含 18O 的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O 转移的途径是( ) A．葡萄糖→丙酮酸→水 B．葡萄糖→丙酮酸→氧 C．葡萄糖→氧→水 D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳 解析：在细胞质基质中，C6H12O6 在酶的作用下分解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体基质中 彻底分解成 CO2。 答案：D 5．细胞呼吸的实质是( ) A．分解有机物，储存能量 B．合成有机物，储存能量 C．分解有机物，释放能量 D．合成有机物，释放能量 解析：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物， 释放出能量并生成 ATP 的过程。 答案：C 6．在有氧呼吸过程中，水分子参与反应的过程和生成水分子的过程分别发生在( ) A．第一阶段和第二阶段 B．第一阶段和第三阶段 C．第二阶段和第三阶段 D．第三阶段和第二阶段 解析：在有氧呼吸的第二阶段，2 分子的丙酮酸和 6 分子的水在酶的作用下，生成 6 分子 的 CO2 和 20 分子[H]并释放少量的能量；第三阶段是前两阶段产生 24 分子[H]与 6 分子的 O2 反应，生成水并释放大量的能量。 答案：C 7．下列关于细胞呼吸的说法中，不正确的是( ) A．细胞呼吸是重要的放能反应 B．细胞呼吸是细胞中有机物的一系列氧化分解过程 C．细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程 D．细胞呼吸是细胞与环境间的气体交换 解析：细胞呼吸是细胞内重要的释放能量的反应，A 正确；细胞呼吸是细胞中有机物的一 系列氧化分解过程，B 正确；细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程，C 正确；细胞呼 吸是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物， 并且释放出能量的总过程，D 错误。 答案：D 8．[2019·东城高一期末]如图为某种生物细胞有氧呼吸的基本过程示意图。 (1)阶段 A 进行的场所为________。阶段 A 和阶段 B 都能够产生的物质①是________。 (2)在此三个阶段中产生大量 ATP 的是________，此过程是在________进行的。 (3)若将一只小鼠放入含有 18O2 的密闭容器中，小鼠体内首先出现 18O 的化合物是图中的 [ ]________。 (4)若蚕豆种子在发芽的早期测定得出 CO2 的释放量比 O2 的吸收量大 3～4 倍，说明此时 蚕豆的呼吸方式为________。 解析：据图分析，阶段 A 表示有氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质，产生的物质①是[H]； 阶段 B 表示有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质；阶段 C 表示有氧呼吸第三阶段，发生在 线粒体内膜，产生的物质②是水。(1)根据以上分析可知，阶段 A 表示有氧呼吸第一阶段，发 生在细胞质基质；物质①是[H]。(2)阶段 C 表示有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜，可以 产生大量的 ATP。(3)氧气参与小鼠有氧呼吸第三阶段，与[H]结合生成水，因此若将一只小鼠 放入含有 18O2 的密闭容器中，小鼠体内首先出现 18O 的化合物是图中的②H2O。(4)蚕豆种子有 氧呼吸消耗的氧气与产生的二氧化碳量相等，而无氧呼吸不消耗氧气，产生二氧化碳。根据 题意分析，蚕豆种子呼吸作用消耗的氧气比释放的二氧化碳少，说明此时同时进行了有氧呼 吸和无氧呼吸。 答案：(1)细胞质基质 [H] (2)阶段 C 线粒体内膜 (3)②H2O (4)有氧呼吸与无氧呼吸(无氧呼吸比有氧呼吸占优势) 9．[2019·北京西城高一期末] 某科学研究小组为了研究有氧呼吸的场所及过程，进行了 如下 3 组实验，待充分反应后，分别用澄清石灰水和本尼迪特试剂(斐林试剂)对反应产物进行 检测，请回答： 组别 反应溶液 结果鉴定 澄清石灰水 斐林试剂 1 线粒体＋葡萄糖溶液＋氧气 不浑浊 ＋＋＋ 2 细胞质基质＋葡萄糖溶液＋氧气 不浑浊 ＋＋ 3 线粒体＋细胞质基质＋葡萄糖溶液＋氧气 浑浊 ＋＋ 注：“＋”的多少表示颜色的深浅 (1)为保证实验结果的科学性，每组葡萄糖溶液的浓度和体积应该保持________________。 (2)比较第________组结果可推测，葡萄糖首先在________发生分解。经测定，葡萄糖分 解的产物是丙酮酸和[H]。 (3)比较第________组的结果，可推测葡萄糖分解的产物移动到________继续分解产生 ________。 (4)本实验________(填写“能”或“不能”)说明 O2 参与哪一阶段的反应。 解析：有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O―→6CO2＋12H2O＋能量。第一阶段：在细胞质 基质中，反应式：C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]＋少量能量；第二阶段：丙酮酸进入线粒 体的基质中，反应式：2C3H4O3(丙酮酸)＋6H2O→20[H]＋6CO2＋少量能量；第三阶段：在线 粒体的内膜上，反应式：24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量。(1)根据表格分析可知，葡萄糖溶液 属于无关变量，因此其浓度和体积应该保持相同。(2)葡萄糖属于还原糖，与斐林试剂反应产 生砖红色沉淀；根据表格可知，第 2 组与第 1 组相比，葡萄糖减少了，说明葡萄糖首先是在 细胞质基质中分解的。(3)比较第 2、3 组发现，第 3 组澄清石灰水变浑浊了，说明葡萄糖分解 的产物移动到线粒体继续分解产生了二氧化碳。(4)本实验没有检测氧气的消耗，也没有检测 水的产生，因此不能说明 O2 参与哪一阶段的反应。 答案： (1)一致(相同) (2)1 和 2 细胞质基质 (3)2 和 3 线粒体 CO2 (4)不能 【等级考选学做】(学业水平三、四) 10．向正在进行有氧呼吸的细胞悬液中加入甲、乙、丙、丁四种抑制剂，下列说法正确 的是( ) A．若甲能抑制丙酮酸分解，则会使丙酮酸的消耗增加 B．若乙能抑制葡萄糖分解，则会使丙酮酸增加 C．若丙能抑制 ATP 的形成，则会使 ADP 的消耗增加 D．若丁能抑制[H]被氧化成水，则会使 O2 的消耗减少 解析：若甲能抑制丙酮酸分解，则会使丙酮酸的消耗减少，A 错误；丙酮酸是葡萄糖分解 的中间产物，若乙能抑制葡萄糖分解，则会使葡萄糖分解的产物丙酮酸减少，B 错误；形成 ATP 的过程要消耗 ADP，若丙能抑制 ATP 的形成，则会使 ADP 的消耗减少，C 错误；若丁能 抑制[H]被氧化成水，则使会 O2 的消耗减少，D 正确。 答案：D 11．图示为测量动物呼吸的实验装置，图中 a 为红墨水珠，b 中装有 KOH 溶液。此装置 可测量动物( ) A．放出的 CO2 量 B．放出的 O2 量 C．吸收的 CO2 量 D．吸收的 O2 量 解析：动物呼吸吸收 O2，产生 CO2，由于 CO2 被 KOH 溶液吸收，故该装置测量的是瓶 中 O2 的减少量。 答案：D 12．在四支试管中分别含有不同化学物质和活性酵母菌细胞制备物。在适宜温度下，会 产生 CO2 的试管有( ) ①葡萄糖＋细胞膜已破裂的细胞 ②葡萄糖＋线粒体 ③丙酮酸＋线粒体 ④葡萄糖＋细胞质基质(无氧) A．①② B．①③④ C．②③④ D．①④ 解析：①有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒中进行，细胞 膜已破裂的酵母细胞具备细胞质基质和线粒体，能够完成有氧呼吸的过程，有二氧化碳产生， ①正确；②有氧呼吸的第二阶段在线粒体中进行，反应物是丙酮酸和水，葡萄糖不能直接参 与第二阶段的反应，因此虽然具有产生二氧化碳的场所，但缺少反应物，不能产生二氧化碳， ②错误；③丙酮酸和线粒体，具备有氧呼吸第二阶段的反应物和场所，可以产生二氧化碳， ③正确；④酵母菌在细胞质基质中利用葡萄糖进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，④正确。 所以在适宜温度条件下，会产生 CO2 的试管有①③④。 答案：B 13．在一普通的锥形瓶中，加入含有酵母菌的葡萄糖溶液，如图所示。在以下有关坐标 图中，不正确的是( ) 解析：解决此题，首先要明确所给条件：密封的锥形瓶中，内含酵母菌的葡萄糖溶液。 根据此条件，酵母菌可以在其中大量繁殖，葡萄糖的含量应逐渐降低，最后被分解利用完， 所以 C 选项是正确的。锥形瓶中缺乏氧气，酵母菌此时的细胞呼吸为酒精发酵，分解葡萄糖 产生酒精和 CO2，酒精的含量升高，到葡萄糖完全消耗掉，酒精的浓度不再增加，所以 A 坐 标图是正确的。酒精发酵过程中产生的 CO2 溶于水形成 H2CO3，随时间的延长，H2CO3 的浓 度升高，溶液的 pH 逐渐降低。由于 CO2 在水中的溶解度一定，且 H2CO3===CO2＋H2O，所以 溶液 pH 降到一定程度后便不再降低，所以坐标图 D 是正确的。由于葡萄糖的量是一定的，被 酵母菌利用后便逐渐减少，酵母菌繁殖速率逐渐减慢，所以坐标图 B 是错误的。 答案：B 14．请据图分析，经数小时后，U 型管甲、乙两处的液面会出现下列哪种情况。(实验装 置足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影 响)( ) A．甲处上升，乙处下降 B．甲、乙两处都下降 C．甲处下降，乙处上升 D．甲、乙两处都不变 解析：由于小白鼠的呼吸作用吸收 O2 并产生 CO2，但产生的 CO2 被 NaOH 溶液吸收，导 致集气瓶中气体体积变小，所以 U 型管中的乙端上升，而甲端下降。 答案：C 15．将图中果酒发酵装置改装后用于探究酵母菌呼吸方式的实验，下列相关操作错误的 是( ) A．探究有氧条件下酵母菌呼吸方式时打开阀 a B．经管口 3 取样检测酒精和 CO2 的产生情况 C．实验开始前对改装后整个装置进行气密性检查 D．改装时将盛有澄清石灰水的试剂瓶与管口 2 连通 解析：打开阀 a 可保证氧气的供应，A 项正确；经管口 3 取样只能检测酒精的产生情况， B 项错误；实验开始前整个装置需进行气密性检查，确保有氧、无氧条件只是通过管口 1 控制 的，C 项正确；管口 2 连通装有澄清石灰水的试剂瓶，通过观察澄清石灰水的浑浊程度来检测 CO2 的产生情况，D 项正确。 答案：B 16．酵母菌在氧气充足条件下不能进行酒精发酵，有同学认为是氧气抑制了酵母菌的无 氧呼吸；也有同学认为是有氧呼吸产生的 ATP 抑制了酵母菌的无氧呼吸。请完成下列实验： (1)供选的实验试剂：5%葡萄糖溶液、酵母菌细胞(试剂 1，适宜条件下，无氧呼吸、有氧 呼吸均可发生)、酵母菌细胞质基质的上清液(试剂 2，无氧呼吸进行的场所)、ATP 溶液、蒸馏 水。 (2)实验步骤： ①取锥形瓶完成如图装置，组装三套，依次编号为 A、B、C。1 号锥形瓶中都加 10%的 NaOH 溶液，3 号锥形瓶中都加澄清的石灰水。 ②A 装置 2 号锥形瓶中加入 10 mL 的试剂 2、10 mL 的 5%葡萄糖溶液、2 mL 蒸馏水；B 装 置 2 号 锥 形 瓶 中 加 入 __________________________ ； C 装 置 2 号 锥 形 瓶 中 加 入 __________________________。 ③A、B、C 三套装置均先持续通入 N2 5 min，目的是______________________，再将三 套装置分别处理：A、B 装置持续通入 N2，C 装置持续________。 ④将三套装置放在温度适宜(25 ℃～35 ℃)的相同条件下培养相同时间(8 h～10 h)。 ⑤观察__________________，判断是否进行无氧呼吸。 (3)预期实验结果并得出相应结论： ①若 ________________________________________________________________________， 则酵母菌无氧呼吸受 ATP 抑制，不受氧气抑制； ②若 ________________________________________________________________________， 则酵母菌无氧呼吸受氧气抑制，不受 ATP 抑制； ③若 ________________________________________________________________________， 则酵母菌无氧呼吸受 ATP 抑制，也受氧气抑制； ④若 ________________________________________________________________________， 则酵母菌无氧呼吸既不受 ATP 抑制，也不受氧气抑制。 解析：该实验探究酵母菌无氧呼吸受 O2 抑制还是受 ATP 抑制，实验的自变量是 ATP、O2 的有无，因变量是生成的 CO2。实验材料中已给出试剂 1 与试剂 2，所以选用试剂 2，能提供 进行无氧呼吸的场所。实验要设置对照实验，题目中已给出空白对照组，所以设置具有 ATP 的实验组和通入氧气的实验组即可，其他条件和试剂用量都与 A 组相同。探究性实验结果的 预测需要全面，可将所有可能都预测出来，并根据结果推出相应的结论，本题已给出实验结 论，所以根据结论和实验处理推测出实验结果即可。 答案：(2)②10 mL 的试剂 2、10 mL 的 5%葡萄糖溶液、2 mL ATP 溶液 10 mL 的试剂 2、 10 mL 的 5%葡萄糖溶液、2 mL 蒸馏水(可换顺序，但应与结果对应) ③去除锥形瓶中的氧气 通入空气 ⑤各装置中 3 号瓶是否变浑浊 (3)①A 装置变浑浊，B 装置不变浑浊，C 装置变浑浊 ②A 装置变浑浊，B 装置变浑浊， C 装置不变浑浊 ③A 装置变浑浊，B 装置不变浑浊，C 装置不变浑浊 ④A 装置变浑浊，B 装置变浑浊，C 装置变浑浊 【素养养成练】 17．图中表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置。某研究小组以该装置探究酵母菌 在不同条件下细胞呼吸的情况。 材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度为 0.1 g/mL 的葡萄糖溶液、 棉花、石蜡油。 实验假设：酵母菌在有氧条件下细胞呼吸比无氧条件下细胞呼吸放出的热量更多。 (1)取 A、B 两装置设计实验如下，请补充下表中内容： 装置 步骤一 步骤二 步骤三 A 加入 240 mL 的葡萄糖溶液 加入 10 g 活性干酵母 ①________ B 加入 240 mL 煮沸后冷却的葡 萄糖溶液 ②________ 加入石蜡油，铺满液面 (2)B 装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是______________________，这是控制实验的 ________变量。 (3)要测定 B 装置因细胞呼吸引起的温度变化量，还需要增加一个装置 C。请写出对装置 C 的实验处理： 装置 步骤一 步骤二 步骤三 C ③________ ④________ 加入石蜡油，铺满液面 (4)实验预期：在适宜条件下实验，30 min 后记录实验结果，若装置 A、B、C 温度大小关 系是________(用“<、＝、>”表示)，则假设成立。 解析：(1)该实验要探究酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸方式，所以 A、B 两装置 内的自变量应为氧气的有无，其他条件要保持完全相同。(2)B 装置内煮沸葡萄糖溶液是为了 完全除去其中溶解的氧气，从而制造无氧环境。(3)装置 C 作为装置 B 的对照，测定细胞呼吸 引起的温度变化，两装置内的自变量应为进行细胞呼吸的酵母菌的有无。(4)一段时间后，内 部进行了有氧呼吸的 A 装置中的温度>进行了无氧呼吸的 B 装置中的温度>无酵母菌的 C 装置 中的温度，则假设成立。 答案：(1)①不加入石蜡油 ②加入 10 g 活性干酵母 (2)去除氧气 自 (3)③加入 240 mL 煮沸后冷却的葡萄糖溶液 ④不加入活性干酵母 (4)A>B>C