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第2讲　细胞中的元素和化合物　细胞中的无机物
人教(2019)生物高考复习
课标考情——知考向 课标 要求 1．说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素组成，它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子
2．指出水大约占细胞重量的2/3，以自由水和结合水的形式存在，赋予了细胞许多特性，在生命活动中具有重要作用
3．举例说出无机盐在细胞内含量虽少，但与生命活动密切相关
核心素养——提考能 生命观念 比较生物界和非生物界中元素的异同，明确元素在生命系统中的重要性
科学思维 结合一些实例分析水和无机盐在细胞组成成分及代谢的重要性，培养用元素分析法解释一些生物现象
科学探究 选择合适的材料和试剂对某些成分进行鉴定
社会责任 通过了解水和无机盐在生命活动中的重要性，培养节约用水的社会公德
自 主 学 习 · 巩 固 基 础
[自主学习]
知识点一　组成细胞的元素和化合物
1．细胞中的元素
(1)元素的来源、分类和存在形式。
【答案】(1)C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg　Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu　C　C、H、O、N　
(2)生物界和非生物界在元素种类和含量上的关系。
【答案】(2)统一　差异
(1)微量元素。
(2)大量元素：洋人探亲，单留盖美家，即O(洋)、P(人)、C(探)、H(亲)、N(单)、S(留)、Ca(盖)、Mg(美)、K(家)。
2．细胞中的化合物
【答案】水　无机盐
[自主检测]
1．思考判断
(1)在人体活细胞中氢原子的数目最多。 (　　)
(2)细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。 (　　)
(3)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。 (　　)
(4)植物细胞中含量最多的四种元素是C、H、O和N。 (　　)
(5)生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同。 (　　)
(6)蛋白质是活细胞中含量最多的化合物。 (　　)
(7)沙漠植物中含量最多的化合物是水。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√
2．深挖教材
(1)生物界中的元素种类要__________非生物界，生物界中的元素均来自__________，但某种元素的含量在生物界和非生物界是不同的，以上实例说明____________________________________。
(2)生物体中的微量元素的含量比大量元素少得多，是不是意味着其功能不重要？__________________________。
【答案】(1)提示：少于　非生物界　生物界和非生物界既有统一性也有差异性　(2)提示：不是，一些微量元素是重要化合物的组成成分，如果缺乏会影响一些重要化合物的合成
3．热图导析
下图A是组成人体细胞的主要元素及其比例，B是细胞中几种化合物的含量。请据图思考下列问题。

(1)由图A可以看出，氧元素在细胞鲜重中所占比例最大，为什么不是最基本元素？__________________________。
(2)若按细胞干重和细胞鲜重计，图B中的②分别是什么？__________________。
【答案】(1)提示：组成生物的大分子都是以碳链为骨架的，而不是由氧原子构成的，所以碳是最基本元素
(2)提示：蛋白质、水
[自主学习]
知识点二　细胞中的无机物
1．细胞中的水
(1)细胞中水的存在形式和功能。
【答案】(1)细胞结构　生物化学反应　液体环境
(2)自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系。
2．细胞中的无机盐
【答案】离子　主动　复杂化合物　生命活动
[自主检测]
1．思考判断
(1)生物体内的水就是细胞内的水。 (　　)
(2)晒干的种子细胞内不含有水分，导致细胞代谢停止，有利于种子长时间储存。 (　　)
(3)Mg参与构成叶绿体中的各种色素。 (　　)
(4)细胞中的结合水和自由水不能相互转化。 (　　)
(5)水既是有氧呼吸的原料，也是有氧呼吸的产物。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
2．深挖教材
(1)植物根系既能从土壤中吸收水分也能吸收无机盐。根细胞内水分的作用有____________________________________。(答3点)
(2)Na＋、K＋对细胞内外渗透压大小所起的作用一样吗，为什么？__________________________。
(3)某运动饮料广告词“解口渴，更解体渴”，其中的“解体渴”主要指___________________________________________________。
(4)患急性肠炎的病人脱水时需要及时补充________________，同时也需要补充体内丢失的__________，因此，输入____________是常用的治疗方法。
(5)大量出汗会排出过多的无机盐，导致体内的_______________ _________________失调，这时应多喝__________。
【答案】(1)提示：①根细胞的组成成分；②参与细胞内的生物化学反应；③运送营养物质和代谢废物等
(2)提示：不一样。Na＋是维持细胞外液渗透压的主要离子，而K＋是维持细胞内液渗透压的主要离子
(3)提示：该饮料中含有大量水和少量无机盐，能补充剧烈运动散失的水分和无机盐
(4)提示：水分　无机盐　葡萄糖盐水
(5)提示：水盐平衡和酸碱平衡　淡盐水
3．热图导析
在冬季来临过程中，随着气温的逐渐降低，植物体内发生了一系列适应低温的生理生化变化，抗寒能力逐渐增强。如图为冬小麦在不同时期含水量变化关系图。
(1)冬小麦的含水量从9月至12月处于下降趋势，请解释原因：____________________________________________________________________________________________________________。
(2)冬小麦的自由水下降非常快，而结合水则上升比较多，这是为什么？__________________________________________________________ __________________________。
【答案】(1)提示：冬小麦的含水量从9月至12月处于下降趋势，因为随着冬季来临，气温下降，细胞中自由水的含量显著下降，有助于抵抗低温冻害
(2)提示：在寒冷的情况下，自由水可以结成冰而伤害植物，结合水则不会结冰。因此，冬季来临前，冬小麦细胞内自由水的比例逐渐降低，而结合水的比例逐渐上升，可以避免气温下降时自由水过多导致容易结冰而损害自身，这是植物适应环境的一种表现，是生物进化的结果
重 难 探 究 · 素 养 达 标
细胞中的元素和化合物
1．细胞中元素的种类和功能
(1)细胞中元素的分类。
[深度讲解]
(2)元素的生理功能。
①维持机体正常的生命活动：如K＋可保持心肌正常兴奋性，微量元素B能促进花粉的萌发和花粉管的伸长等。
②组成细胞的化合物(如图)。
2．几种重要化合物的组成元素
化合物 糖类 脂质 蛋白质 核酸 ATP 叶绿素 血红
蛋白
脂肪、 固醇 磷脂 组成 元素 C、H、O C、H、O C、H、 O、N、 P C、H、 O、N (S等) C、H、 O、N、 P C、H O、N、 P C、H、 O、N、 Mg C、H、
O、N、
Fe
　走出元素与化合物的3个误区
(1)易混淆元素与化合物的干重与鲜重。
①在组成细胞的元素中，占鲜重百分比：O＞C＞H＞N；占干重百分比：C＞O＞N＞H。
②在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比：水＞蛋白质＞脂质＞糖类；占干重百分比中，蛋白质含量最多。
(2)误以为生物体内大量元素重要，微量元素不重要。
大量元素、微量元素是根据元素的含量划分的。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体的必需元素，对于维护生物体的生命活动都起着非常重要的作用。
(3)误以为细胞内含量最多的元素是C。
活细胞内含量最多的元素是O，而不是C；组成细胞干重最多的元素是C。
(一)考查元素和化合物的种类、作用(素养目标：生命观念)
1．如图甲是有活性的细胞中元素含量的柱形图，图乙是细胞中化合物含量的扇形图，下列说法正确的是 (　　)
[考向预测]
A．若甲表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、H、C
B．若乙表示细胞干重中的化合物含量，则A化合物是蛋白质
C．若乙表示细胞鲜重中的化合物含量，则A、B化合物依次是蛋白质和水
D．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
【答案】B　
【解析】若甲表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、C、H，A错误；若乙表示细胞干重中的化合物含量，则A化合物是蛋白质，B正确；若乙表示细胞鲜重中的化合物含量，则A化合物为水，B为蛋白质，C错误；生物界与非生物界的统一性表现在元素的种类上，而不是元素的含量上，D错误。
(二)考查生物体内有机化合物特征元素的判断(素养目标：科学思维)
2．(2021年山东济南模拟)甲图中①②③④表示不同化学元素所组成的化合物，乙图表示由四个单体构成的化合物。
下列说法错误的是 (　　)
A．若甲图中的②能促进人和动物生殖器官的发育及生殖细胞的形成，则②是性激素
B．若甲图中④能吸收、传递和转换光能，则④可用无水乙醇提取
C．乙图中若单体是氨基酸，则该化合物彻底水解后的产物中氧原子数增加3个
D．乙图中若单体是四种核糖核苷酸，则该化合物彻底水解后的产物有5种
【答案】D　
【解析】甲图中②的组成元素只有C、H、O，且能促进人和动物生殖器官的发育及生殖细胞的形成，则②是性激素，A正确；④的组成元素是C、H、O、N、Mg，且能吸收、传递和转换光能，则④可能是叶绿素，可用无水乙醇提取，B正确；乙图中若单体是氨基酸，则该化合物为四肽，彻底水解需要3分子水，所以水解后的产物中氧原子数增加3个，C正确；乙图中若单体是四种核糖核苷酸，则该化合物为RNA，彻底水解后的产物有核糖、磷酸和四种碱基(A、C、G、U)共6种，D错误。
1．用元素分析法判断化合物的种类
2．核糖≠核糖核苷酸或核糖核酸；脱氧核糖≠脱氧核苷酸或脱氧核糖核酸——所有糖类均只含C、H、O三种元素，作为五碳糖的“核糖、脱氧核糖”也不例外。
3．从化合物的元素组成分析代谢终产物：糖类、脂质和蛋白质都含有C、H、O，故其代谢终产物都有CO2和H2O；蛋白质中还有N，其代谢终产物还含有尿素。
4．从化合物的元素组成分析氧化分解释放能量的多少：脂肪的含氢量多于糖类，因此等质量的脂肪氧化分解时消耗氧气和释放能量都多于糖类。
水和无机盐的存在形式及生理功能
1．细胞中的水的存在形式、产生和利用
[深度讲解]
2．常考无机盐功能归纳整合
3．验证某种矿质元素的生理功能
(1)实验设计。
①对照组。
②实验组。

(2)实验成功关键。
①实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、生长状况应一致等。
②实验组用只缺X的完全培养液，对照组用完全培养液，不能用蒸馏水作对照。
③实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。
(一)考查水与细胞代谢的关系(素养目标：生命观念)
1．(2021年湖北武汉模拟)下列关于细胞中水的说法，不正确的是
(　　)
A．细胞中的含水量与细胞代谢速率密切相关
B．DNA复制和转录都有水产生，翻译不产生水
C．线粒体中产生大量ATP的同时一定有水生成
D．癌细胞中自由水所占比例比衰老细胞中高
【答案】B　
[考向预测]
【解析】细胞中的含水量与细胞代谢速率密切相关，自由水与结合水的比值越高，细胞代谢越旺盛，A正确；DNA复制和转录过程都涉及相应的核苷酸聚合为核苷酸链，因此都有水产生，在翻译过程中氨基酸脱水缩合也会产生水，B错误；线粒体中产生大量ATP发生在有氧呼吸的第三阶段，该阶段发生的反应是前两个阶段产生的[H]与氧结合生成H2O，并释放大量的能量，C正确；癌细胞的代谢较衰老细胞的旺盛，因此癌细胞中自由水所占比例比衰老细胞中高，D正确。
　水在生产实际中的应用
生活中的现象 对此现象的解释
种子贮存时需将种子晒干 减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命
干种子用水浸泡后仍能萌发 失去自由水的种子仍保持其生理活性
低温环境下减少花卉浇水 提高花卉对低温的抗性
鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻 自由水散失，代谢减弱
干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠 种子晒干后，仍含有结合水，用酒精灯加热会失去结合水
炒熟的种子浸泡后不萌发 失去结合水的细胞失去生理活性
(二)以实例或实验形式考查无机盐的存在形式及功能(素养目标：科学探究)
2．设计实验探究X是否属于植物生长所必需的无机盐，某同学的构思大致如下：本实验中采用甲组、乙组之间的空白对照，以及乙组中实验前(无X)与实验后(有X)之间的自身对照。下列叙述正确的是 (　　)
A．对照组是甲组、乙组实验后
B．此实验的无关变量只是选一些相同的植物
C．此实验如果是无土栽培，则实验前营养液要灭菌
D．为防止外界影响，此实验需在黑暗密闭条件下进行
【答案】C　
【解析】该实验中对照组是甲组、乙组实验前，A错误；此实验的无关变量有选一些相同的植物、培养条件等，B错误；若实验是无土栽培，则实验前营养液要灭菌，C正确；由于培养的是植物，故需在光照条件下进行，D错误。
实 验 平 台 · 专 讲 专 练
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1．还原糖的检测
[实验理论]
【答案】砖红色　还原糖　白色或浅色　砖红色　还原糖
2．脂肪的检测
(1)检测原理：脂肪＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色。
(2)检测步骤。
【答案】(2)苏丹Ⅲ染液　50%的酒精溶液
3．蛋白质的检测






【答案】3．双缩脲　紫色　1 mL　紫色
1．斐林试剂与双缩脲试剂的“一同、三不同”
[方法透析]

2．三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
(1)唯一需要加热——还原糖检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热，则无砖红色沉淀出现。
(2)唯一需要显微镜——脂肪检测。
(3)唯一使用酒精——脂肪的检测，实验用体积分数为50%的酒精洗去浮色。
3．实验中的4个注意点
(1)三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验结果的颜色变化。
(2)脂肪鉴定的过程中滴加1～2滴体积分数为50%的酒精的目的是洗去浮色，原因是苏丹Ⅲ染液易溶于酒精。　　
(3)物质鉴定实验一般不设立对照实验，若需设立对照实验，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清。
(4)实验中，在加相应试剂之前要留出部分组织样液，目的是作为对照，以便与鉴定后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。
(1)蛋白质检测时，为什么先加A液再加B液？B液为什么不能过量？
(2)为什么利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水也能鉴定蛋白质？
【答案】(1)提示：蛋白质中的肽键在碱性条件下能与Cu2＋生成紫色络合物，所以先加A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2＋。其中双缩脲试剂B液的量不能过多，因为过多的双缩脲试剂B液会与双缩脲试剂A液反应生成Cu(OH)2，使溶液呈蓝色进而掩盖实验生成的紫色。
(2)提示：斐林试剂的甲液、乙液的成分分别与双缩脲试剂的A液、B液相同，只是斐林试剂的乙液的质量浓度比双缩脲试剂的B液大，故只需将斐林试剂乙液用蒸馏水稀释即可。
(一)生物组织中有机物鉴定的原理
1．(2021年山东枣庄模拟改编)关于生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验，下列叙述不正确的是 (　　)
A．鉴定还原糖需要进行水浴加热
B．斐林试剂需现用现配，不能长期使用
C．用苏丹Ⅲ鉴定花生组织中是否含有脂肪成分时，实验结果肯定可见红色颗粒
D．当实验试剂中提供了斐林试剂甲液、乙液和蒸馏水时，不但可以检验还原糖，也可以鉴定蛋白质
[诊断小练]
【答案】C　
【解析】鉴定还原糖需要进行水浴加热，鉴定蛋白质不需要进行水浴加热，A正确；斐林试剂需现配现用，不能久置，即剩余的斐林试剂应及时处理掉不能再用，B正确；用苏丹Ⅲ鉴定花生组织中是否含有脂肪成分时，若实验材料是子叶切片，则实验结果是在显微镜下可见橘黄色颗粒，C错误；当实验试剂中提供了斐林试剂甲液、乙液和蒸馏水时，不但可以检验还原糖，还可以将乙液稀释后与甲液用于鉴定蛋白质，D正确。
(二)物质鉴定的操作步骤
2．某校生物兴趣小组进行了生物组织中还原糖检测的实验(如下图)，下列叙述正确的是 (　　)
A．在实验材料选择方面，用苹果比用植物叶片的效果要好
B．在制备生物组织样液时，加入石英砂的主要目的是促进还原糖的溶解
C．用于该实验检测的斐林试剂也可用于检测蛋白质，只是添加试剂的顺序不同
D．由于斐林试剂不稳定，在使用斐林试剂时要先加0.1 g/mL的NaOH溶液，后加入0.05 g/mL的CuSO4溶液
【答案】A　
【解析】苹果果肉的还原糖含量高，且颜色比植物叶片的浅，所以在实验材料选择方面，用苹果比用植物叶片的效果要好，A正确；在制备生物组织样液时，加入石英砂的主要目的是使研磨充分，B错误；斐林试剂和双缩脲试剂中CuSO4溶液的浓度不同，C错误；在使用斐林试剂时应将等量NaOH和CuSO4溶液混匀后加到组织样液中，D错误。
典 题 演 练 · 破 解 高 考
1．(2021年全国乙卷)植物在生长发育过程中，需要不断从环境中吸收水。下列有关植物体内水的叙述，错误的是 (　　)
A．根系吸收的水有利于植物保持固有姿态
B．结合水是植物细胞结构的重要组成成分
C．细胞的有氧呼吸过程不消耗水但能产生水
D．自由水和结合水比值的改变会影响细胞的代谢活动
【答案】C　
【解析】植物根系从土壤中吸收的水使液泡充盈，可调节植物细胞液渗透压并有利于植物保持一定的形态，A正确；细胞内结合水可与蛋白质、多糖等物质结合，成为生物体的构成成分，因此结合水是植物细胞结构的重要组成成分，B正确；细胞有氧呼吸过程中，第二阶段需要水的参与，第三阶段有水的生成，C错误；细胞内自由水和结合水的比值下降，细胞代谢活动减弱，反之，细胞代谢活动增强，D正确。
命题探源
本题难度较小，主要考查水的功能以及自由水和结合水的含量对代谢活动的影响，水在有氧呼吸过程中既是原料也是产物，作为原料在第二阶段参与，作为产物在第三阶段产生。
【答案】A　
命题探源
四个选项中的内容都是教材中的实例，复习备考时要注重教材中的一些现象或过程的实例，此类题目难度不大，但可以引导学生注重教材。
3．(2020年江苏卷)下列关于细胞中无机化合物的叙述，正确的是 (　　)
A．自由水是生化反应的介质，不直接参与生化反应
B．结合水是细胞结构的重要组成成分，主要存在于液泡中
C．无机盐参与维持细胞的酸碱平衡，不参与有机物的合成
D．无机盐多以离子形式存在，对维持生命活动有重要作用
【答案】D　
【解析】细胞内的许多生物化学反应都需要水的直接参与，如蛋白质水解成氨基酸、光反应等，A错误；结合水是细胞结构的重要组成成分，液泡内有细胞液，液泡内的水大多可以自由流动，多以游离的形式存在，多为自由水，B错误；无机盐也可参与有机物的合成，如Mg2＋是叶绿素的组成成分，Fe2＋是血红素的组成成分，C错误；无机盐多以离子形式存在，对维持生命活动有重要作用，如哺乳动物血液中缺钙离子会出现抽搐等症状，D正确。
【答案】D　
5．(2019年海南卷)植物细胞中水和矿质元素离子会表现出某些特点。下列叙述错误的是 (　　)
A．根细胞中的K＋不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中
B．矿质元素离子在细胞内积累可引起外界溶液中的水进入细胞
C．根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中
D．叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于结合水
【答案】D　
【解析】根细胞中的K＋不能以自由扩散的方式进出细胞，因为K＋跨膜运输需要转运蛋白，自由扩散不需要转运蛋白，A正确；矿质元素离子在细胞内积累会引起细胞液浓度增大，进而发生渗透吸水，故会引起外界溶液中的水进入细胞的量多于出细胞的量，B正确；细胞内无机盐大多以离子形式存在，根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中，C正确；叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于自由水，D错误。
6．(2019年江苏卷)为探究玉米子粒发芽过程中一些有机物含量的变化，研究小组利用下列供选材料用具进行了实验。材料用具：玉米子粒；斐林试剂，双缩脲试剂，碘液，缓冲液，淀粉，淀粉酶等；研钵，水浴锅，天平，试管，滴管，量筒，容量瓶，显微镜，玻片，酒精灯等。请回答下列问题：
(1)为了检测玉米子粒发芽过程中蛋白质(肽类)含量变化，在不同发芽阶段玉米提取液中，分别加入__________________试剂，比较颜色变化。该实验需要选用的器具有__________(填序号)。
①试管　②滴管　③量筒　④酒精灯　⑤显微镜
(2)为了检测玉米子粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米子粒纵切，滴加__________，进行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。由此可得出的结论是____________________________________________________。
(3)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验：在1～4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如下图所示)，40 ℃温育30 min后，分别加入斐林试剂并60 ℃水浴加热，观察试管内颜色变化。
请继续以下分析：
①设置试管1作为对照，其主要目的是___________________。
②试管2中应加入的X是____________的提取液。
③预测试管3中的颜色变化是________________________。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期)，则最可能的原因是________________________。
【答案】(1)双缩脲　①②③　(2)碘液　玉米发芽过程中胚乳的淀粉逐渐减少　(3)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖　②发芽前玉米　③蓝色→砖红色　淀粉酶已失活
【解析】(1)检测蛋白质或多肽应该用双缩脲试剂，产生紫色反应；该实验需要用量筒量一定量的蛋白质溶液、双缩脲试剂A液，需要用滴管滴加双缩脲试剂B液，但是该实验不需要加热，也不需要显微镜观察，故选①②③。(2)检测淀粉应该用碘液；胚乳呈现蓝色块状，说明胚乳含有大量的淀粉，而随着时间的延长，蓝色块状变小了，说明玉米发芽的过程中胚乳的淀粉逐渐减少了。
(3)①该实验的目的是验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶的作用，在淀粉酶的作用下淀粉水解产生了还原糖，还原糖用斐林试剂检测会出现砖红色沉淀。1号试管加的是缓冲液和淀粉，作为对照实验，其可以排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖。②根据单一变量原则，1号试管加的是缓冲液作为对照，3号、4号实验组分别加了发芽玉米提取液、淀粉酶溶液，则2号试管加的X溶液应该是发芽前玉米提取液。③3号试管发芽玉米提取液中含有淀粉酶，催化淀粉水解产生了还原糖，因此其颜色由蓝色变成了砖红色；如4号试管的颜色没有从蓝色变成砖红色，可能是因为淀粉酶已失活，不能催化淀粉水解。

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