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-1-2014-2015学年高中生物2.1细胞中的原子和分子同步导学案苏教版必修1一、目标导航1．说出组成生物体的主要化学元素的种类。2．举例说明组成生物体的化学元素的重要作用。3．描述生物界与非生物界的统一性和差异性。4．说出水在细胞中的存在形式和作用。5．说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。二、知识网络1．组成细胞的原子和分子在组成生物体的元素中，碳、氢、氧、氮、磷、钙等元素的质量占全部元素的98%。不同种类生物体内所含的元素种类基本相同，但是每种元素的含量却有多有少。（1）原子：原子是物质的基本单位，由原子核和核外电子构成，原子核由中子和质子构成，每一种元素的原子核中都带有固定数量的质子。在一个正常的原子中，核内质子数与核外电子数相等，因此，整体上看原子是呈电中性的。（2）分子：分子是保持物质化学性质的一种微粒，分子一般是由两个或两个以上的原子构成的。化合物的化学组成通常以化学式表示。2．细胞中的无机化合物（1）水分子①水分子的含量：在活细胞中，水是含量最多的物质，约占细胞总质量的60%～90%。②水分子的存在形式：水以结合水和自由水两种方式存在于细胞中。在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多；休眠的种子、越冬的植物、生活在干旱和盐渍条件下的植物，体内结合水的含量相对增多，使植物的抗逆性增强，以适应不良的环境条件。③水分子的功能：自由水是良好的溶剂，许多生命活动需要的离子、分子都溶解于其中；细胞中几乎所有的生物化学反应都是以水为介质或水直接作为反应物参与的；各种物质只有溶解在水中，才能被吸收和运输；而细胞的代谢废物的排出也要借助于水。自由水参与细胞中的各种代谢活动，结合水是组成细胞结构的重要成分。④水的特性：水具有比较大的比热和汽化热等特性，使得水成为生物体的温度调节剂。（2）无机盐①含量：在活细胞中，无机盐约占细胞总质量的1.5%。②存在形式：细胞中的无机盐常以离子的形式存在。③功能：构成细胞的复杂化合物；参与细胞的各项生命活动。-2-三、导学过程知识点一组成细胞的原子和分子1．组成细胞的化学元素（1）分类依据①大量元素和微量元素是根据其在细胞内的含量划分的。有些含量较多，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素，称为大量元素；细胞中含量很少，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等，被称为微量元素。大量元素和微量元素的划分是依据生物界中元素含量的整体情况确定的，各种生物的细胞之间，同一生物的不同组织细胞间，其成分和含量不尽相同。②主要元素和基本元素是根据其在各种细胞中的含量划分的。C、H、O、N、P、S这六种元素在各种细胞中的含量都超过97%，称为主要元素，C是占细胞干重最多的元素，称为最基本元素。③必需元素和非必需元素是根据化学元素的生理功能划分的。组成细胞的20种常见元素是必需元素；一些对生物体没有明显生理功能的元素称为非必需元素，如人体可能含Pb。（2）特点：组成生物体的化学元素种类大体相同；在不同的生物体内，各种化学元素的含量相差很大。2.原子（1）原子由原子核和核外电子构成，原子核又由中子和质子构成，原子核中的质子数和中子数之和称为原子的质量数。（2）在一个正常的原子中，核内质子数与核外电子数相等，因此整体上看原子是呈电中性的。（3）一般来说，原子最外层能参加构成化学键的电子被称为价电子。3．分子分子是保持物质化学性质的一种微粒，除稀有气体等以单原子状态存在以外，分子一般是由两个或两个以上的原子构成的。如水分子，包括两个氢原子和一个氧原子。4．原子通过化学键形成分子原子之间主要通过化学键相互作用，主要包括离子键、共价键和氢键三种形式。（1）离子键：一个原子获得电子或失去电子后变成带电荷的粒子，称为离子。最外层具有1、2、3个电子的原子，有失去这些电子的倾向。失去电子后，核内带正电荷的质子数多于核外的电子数，结果这些原子带正电荷（阳离子）。最外层具有5、6、7个电子的原子，有-3-从其他原子获得电子的倾向，获取电子后，这些原子带负电荷（阴离子）。当一个原子将电子给予另一个原子，二者之间靠阴、阳离子的静电作用而形成的化学键叫做离子键。如NaCl中的Na失去一个电子（Na＋），Cl夺取一个电子（Cl—），Na＋与Cl—离子之间由于正、负电荷的相互作用而形成离子键。（2）共价键：通过原子之间共用电子对形成的化学键叫共价键。如一个氢气分子（H2）是由两个氢原子结合在一起形成的。当两个氢原子接近时，每个原子的电子都受到对方原子核的吸引，这时每个电子实际上受到两个核的正电荷的吸引，即两个原子共用它们之间的一对电子。每个氢原子都使用对方原子的1个电子，使自己的电子层填满而具有稳定的结构。（3）氢键：当氢原子与氧原子或氮原子以共价键结合时，氢原子呈部分正电性。这种氢原子往往与其他带有部分负电性的氧原子或氮原子间相互吸引而形成氢键。氢键可形成于不同分子之间，也可形成于同一分子（大分子）之内。氢键属于一种弱键，易于形成，易于断裂，并有特定的键长与键角，在决定大分子的三维结构上起着重要作用，是生命系统中十分重要的键。生物界与非生物界的统一性和差异性（1）生物界和非生物界的统一性①生物界和非生物界都是由化学元素组成的。②组成生物体的化学元素是从无机自然界中获取的。③组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到，没有一种元素为细胞所特有。④生命起源于非生物界。（2）生物界和非生物界的差异性①组成生物体的化学元素，在生物体内和在自然界中含量相差很大。②生物体有选择地从无机自然界获取组成自身的物质。③无机自然界中的各种化学元素不能表现出生命现象，只有在活的有机体中，各种化学元素有机地结合在一起，才能表现出生命现象。【例1】下列关于原子和分子的说法中，错误的是（）A．分子是保持物质化学性质的一种微粒B．原子之间一般通过化学键形成分子C．分子都是由两个或两个以上的原子构成的D．原子是物质的基本单元解析：分子一般是由两个或两个以上的原子构成的，但稀有气体和单质金属等以单原子状态存在的分子除外。答案：C原子是物质的基本单元，在一个正常的原子中，核内质子数与核外电子数相等，因此，整体上看原子是呈电中性的。分子是保持物质化学性质的一种微粒，分子一般是由两个或两-4-个以上的原子构成的。知识点二细胞中的水1．水在细胞中的生理作用2．自由水与结合水的相互转化在一定条件下可以相互转化，如血液凝固时，部分自由水转变成结合水。①对代谢的影响：自由水含量高→代谢强度强。②对抗性的影响：结合水含量高→抗寒、抗旱性强。通过水分子的结构，理解水在生物体中的作用。水由一个氧原子和两个氢原子以共价键形成“V”形结构。氧原子除用两个电子分别同两个氢原子的电子配对形成两个共价键外，氧的最外层的另四个电子形成两对未成键的孤对电子。成键后的氢原子因其共用电子对偏向于电负性较强的氧原子一方，故水分子氧端带部分负电荷，氢端带部分正电荷，所以水分子是极性分子。由于水分子的极性，使水成为一种具有多种用途的溶剂。在生物体内，大部分无机物和一些有机物都能溶于水。水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收、代谢废物的排出以及所有的生化反应等，都必须在水溶液中进行。结合水是吸附和结合在有机固体物质上的水，主要依靠氢键与蛋白质的极性基相结合形成亲水胶体。多糖、磷脂也以亲水胶体形式存在。这部分水不能蒸发、不能离析，失去了流动性和溶解性，是生物体的构成物。【例2】如果一个正在进行旺盛生命活动的细胞，假定在其生命活动过程中含水量不变，则温度对结合水和自由水的比例有何影响，下列有关的叙述正确的是（）A．温度升高，结合水比例减少，自由水比例增加B．温度升高，结合水比例增加，自由水比例减小C．温度降低，结合水比例减小，自由水比例增加D．温度降低，结合水和自由水比例不变解析：在一定范围内温度升高，细胞代谢加强，自由水含量上升，结合水比例下降；同理，温度降低时，自由水比例降低，结合水比例增高。-5-答案：A细胞中自由水和结合水的比值越大，生物新陈代谢越旺盛，其抗性越小；若该比值越小，生物新陈代谢越缓慢，其抗性越大。知识点三细胞中的无机盐1．存在形式（1）大多数无机盐以离子的形式存在。细胞中含量较多的阳离子有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等，阴离子有Cl－、SO2－4、PO3－4、HCO－3等。（2）少数与其他化合物结合。如Fe2＋是血红蛋白的成分，Mg2＋是叶绿素的成分。2．生理作用（1）细胞内复杂化合物的重要组成成分（2）维持细胞和生物体的生命活动几种常见无机盐的作用（缺乏症）（1）Fe——是血红蛋白的必需元素，缺铁会引起人的贫血。（2）I——是甲状腺激素的组成元素，碘缺乏能影响甲状腺激素的合成，常使婴幼儿出现呆小症及成年人出现大脖子病。（3）Ca——是骨骼、牙齿的重要组分，长期缺钙的幼儿易患佝偻病，在成年人中易引起骨质软化病，在老年人中易引起骨质疏松。（4）Zn——缺乏时会引起苹果、桃等植物的“小叶症”和“丛叶症”（叶子变小，节间缩短）。（5）B——能促进花粉的萌发和花粉管的伸长，缺B常导致植物“花而不实”。（6）P——参与细胞膜（磷脂等）的构成。（7）Mg——参与叶绿素的合成。（8）N——参与蛋白质、核酸等物质合成。【例3】已知Mn是许多酶的活化剂，例如其能激活硝酸还原酶。缺Mn的植物就无法利用硝酸盐，这说明无机盐离子（）-6-A．对维持细胞的形态和功能有重要作用B．对维持生物体的生命活动有重要作用C．对维持细胞的酸碱平衡有重要作用D．对于调节细胞内的渗透压有重要作用解析：Mn能够激活硝酸还原酶，使硝酸发生化学变化后，才能被植物体利用，这说明Mn对于维持生物体的生命活动有重要作用，而不能说明无机盐的其他三项生理作用。答案：B四、达标检测1．下列关于原子和分子的说法中，正确的是（）A．物质的基本单位是原子而非分子B．组成生命的物质基础是分子而非原子C．分子必须由两个以上的原子构成D．原子之间一般通过离子键形成分子解析：组成物质的基本单位是原子而不是分子，分子可以由两个以上的原子构成，也可以由原子构成单质。原子之间可以通过共价键连接，也可以通过离子键连接。答案：A2．（2014·江苏盐城中学期中测试）下列元素中，占细胞鲜重最多的是（）A．碳B．氢C．氧D．氮答案：C3．（2014·南京国际实验学校期末）生活在沙漠中的仙人掌与海洋中的鲸，组成它们的各种化学元素的种类（）A．完全相同B．基本相同C．完全不同D．差异很大答案：B4．（2014·江苏盐城中学期末）下面是关于生物体细胞中水含量的叙述，错误的是（）A．水是细胞中含量最多的化合物B．越冬植物的细胞内自由水含量一般较高C．新陈代谢旺盛的植物细胞自由水含量较高D．成熟叶肉细胞中含水量比幼嫩细胞要少解析：生物体内结合水的比例越高，生物的抗逆性就越强，所以越冬植物的细胞内自由水含量一般较低。答案：B5．回答下列问题。（1）在人体血液中大部分的水是以________形式存在的，但血液在体外凝固时，血块中-7-的水则变为__________。（2）幼小的植物体内自由水比例减小时，植物代谢强度降低，生长缓慢；自由水比例增大时，机体代谢活跃，生长迅速。这说明了_______________________________________________________________________________________________________________________。（3）做血液涂片时，若用清水稀释血液，则血细胞过一段时间后就会胀破；若用10%的盐水稀释，血细胞过一段时间后就会皱缩，说明无机盐对________________有重要作用。（4）一些动物能够依靠水面张力在水面上运动，这是水分子具有____________，水分子之间形成的____________使水体表面张力____________的缘故。答案：（1）自由水结合水（2）自由水是良好的溶剂，是各种代谢活动的介质，并参与许多代谢反应（3）维持细胞的形态和功能（4）极性氢键增强五、依据考点，归纳总结1．通过比较