专题1.2 细胞中的元素和化合物 细胞中的无机物(精讲)(原卷版)

专题1.2 细胞中的元素和化合物细胞中的无机物（精讲）
1.水和无机盐的生理作用
2.组成生物体的三大有机物检测
近年高考中，化合物的元素组成和水、无机盐的作用多以选择题的形式，结合代谢、重要化合物及生产生活实际，考查对水和无机盐的理解记忆。

知识点一组成细胞的元素和化合物
1．种类
(1)含量：
①大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。

②微量元素：生物生活必需但需要量却很少的元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

(2)作用：
①最基本元素：C。

②基本元素：C、H、O、N。

【归纳总结】各种化合物的组成元素
1.从化合物的元素组成分析代谢产物：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，其代谢终产物中还含有尿素。

2．从化合物的元素含量上分析氧化分解释放能量的多少：脂肪的含氢量多于糖类，因此等质量的脂肪彻底氧化分解时所消耗的O2比糖类多，释放的能量也多于糖类。

2．组成细胞的化合物
(1)种类：水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸。

(2)含量：
①鲜重含量最多的化合物：水。

②鲜重含量最多的有机物蛋白质。

③占细胞干重最多的化合物：蛋白质。

【特别提醒】走出元素与化合物的三个误区
1．误区一：易混淆元素与化合物的干重和鲜重。

(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，但在占干重百分比中，蛋白质最多。

2．误区二：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，都是生物体必需的元素。

3．误区三：易混淆“数量”和“含量”。

人体活细胞中氧的含量最多，但氢原子的数量最多。

知识点二、细胞中的无机物
1．细胞中的水
(1)存在形式：自由水和结合水。

(2)功能：①结合水是细胞结构的重要组成成分。

②自由水是细胞内的良好溶剂；参与细胞内的许多生物化学反应；为细胞提供液体环境；运送营养物质和代谢废物。

2．细胞中的无机盐
(1)存在形式：主要以离子形式存在。

(2)功能：
①细胞的重要组成成分；
②维持细胞和生物体的生命活动；
③维持细胞内的酸碱平衡。

【整合提升】无机盐在细胞中的功能
1．某些复杂化合物的组成成分
2.维持细胞和生物体的正常生命活动。

例如，哺乳动物血液中Ca 2＋含量过低就会出现抽搐，I －缺乏易患地方
性甲状腺肿，Fe 2＋
缺乏易患贫血等，缺乏N 、Mg 和P 元素，植物的光合作用将会受到影响。

3．维持生物体内的平衡。

体内平衡使细胞能有稳定的结构和功能，是生物维持正常的代谢和生理活动的必要条件。

(1)渗透压的平衡：Na ＋、Cl －对细胞外液渗透压起重要作用，K ＋
则对细胞内液渗透压起决定作用。

(2)酸碱平衡(即pH 平衡)：pH 调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着生物大分子的功能特性以及在细胞内发生的一切反应：如人血浆中的HCO －3、HPO 2－4等。

(3)离子平衡：动物细胞内外Na ＋/K ＋/Ca 2＋的比例是相对稳定的。

细胞膜外Na ＋高、K ＋低，细胞膜内K ＋高、Na ＋低。

K ＋、Na ＋这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞保持反应性能的重要条件。

知识点三 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――→50～65 ℃
温水浴
砖红色沉淀
(2)脂肪＋⎩⎪⎨⎪⎧
苏丹Ⅲ染液―→橘黄色苏丹Ⅳ染液―→红色 (3)蛋白质＋双缩脲试剂―→紫色
2．实验步骤
(1)还原糖的检测
(2)脂肪的检测
方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅳ染液→红色
方法二
(3)蛋白质的检测
【误区警示】走出误区
(1)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——脂肪的鉴定，实验用体积分数为50%的酒精洗去浮色。

(2)实验中的三个注意点
①三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰观察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或苏丹Ⅳ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。

考点一组成细胞的元素和化合物辨析
【典例1】(2019·河北衡水中学模拟)下列有关组成细胞的元素的说法，正确的是()
A．组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，在细胞鲜重中含量总是最多的
B．微量元素在生物体内含量很低，但不可缺少，如叶绿素的合成离不开Mg
C．生物体内携带氨基酸进入核糖体的有机物一定不含S
D．P是磷脂、蛋白质、A TP和核糖等多种化合物的组成元素
【方法技巧】判断元素与化合物分子时四个“明确”
【变式1】(2019·哈尔滨六中模拟)元素和化合物是细胞的物质基础，下列叙述错误的是()
A．细胞中的微量元素如Fe、Mn、Cu、Zn等含量虽然很少，但不可缺少
B．ATP和质粒中含有的元素都是C、H、O、N、P
C．具有生物催化作用的酶是由氨基酸或核糖核苷酸组成的
D．染色体、核糖体中含有的五碳糖都是脱氧核糖
考点二水和无机盐功能的分析
【典例2】(2017·海南)无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。

下列相关叙述错误的是() A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收
B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降
C．和ATP一样，KH2PO4也能为生物体提供能量
D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐
【规律总结】衍射法归纳水的产生、利用、吸收及其调节
【变式2】(2019·书写大题一中模拟)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
考点三水和无机盐的相关实验
【典例3】(2019·山东青岛二中模拟)下图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析有关说法正确的是()
A．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式不同
B．①和②均能够萌发形成幼苗
C．③在生物体内主要以化合物形式存在
D．点燃后产生的CO2中的C只来自于种子中的糖类
【方法技巧】验证某种矿质元素生理功能的实验方案
实验组：正常植物＋缺X培养液共同培养一段时间后，表现出相应的症状，再加入X后，症状消失。

对照组：正常植物＋完全培养液共同培养一段时间后，植物正常生长。

实验相关说明：
(1)实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、生长状况等相同。

(2)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。

(3)该方案也可用于检测某种矿质元素是否是植物正常生长的必需元素。

【变式3】(2019·重庆巴蜀中学模拟)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．控制此实验的无关变量只需选一些相同的植物
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
考点四生物组织中有机物鉴定的实验拓展
【典例4】（2019江苏卷·30）为探究玉米籽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：玉米籽粒；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）为了检测玉米籽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）为了检测玉米籽粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米籽粒纵切，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__________。

【特别提醒】区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
【变式4】(2019·湖北岳阳一中模拟)据药理研究，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种有益于健康的成分，某公司将它开发成一种保健饮料。

该产品是否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题。

请你完成下面的实验鉴定报告。

(1)实验目的：鉴定一种茅草的根是否含有还原糖和淀粉。

(2)实验原理：还原糖可用来检测，淀粉可用来检测。

(3)实验器材：一种茅草根、所需试剂、研钵、烧杯、试管、纱布、漏斗、酒精灯、试管夹、火柴、滴管等。

(4)实验步骤：
①用研钵将茅草根磨碎，过滤，取其滤液；
②取A、B两支试管，各加入2 mL滤液；
③往A试管中加入，摇匀，放入盛有50～65 ℃温水的大烧杯中加热约2 min。

观察试管中的颜色变化；
④往B试管中加入，观察试管中的颜色变化。

(5)可能出现的实验现象及分析：。