苏教版-必修一-第二章 细胞的化学组成-第一节 细胞中的原子和分子 省赛一等奖

《细胞中的原子和分子》教学设计细胞的化学组成一、教材章节说1．教材地位本章内容与“细胞的结构和功能”、“光合作用和细胞呼吸”、“细胞增殖、分化、衰老和凋亡”等后续章节有密切关系。通过本章的学习，不仅可以获得关于组成细胞的原子、分子以及原子如何形成分子的知识，了解细胞化学组成中无机分子和生物大分子的种类、结构和功能，同时也能使思维、探究、实验及搜集资料等方面的能力得到一定程度的训练。所有这些都为后续章节的学习打下了坚实的基础。2．教材结构本章共分两节。第一节重点讲述了组成细胞的原子、分子以及无机分子与生命的关系，共价键、离子键和氢键在形成分子的过程中的作用。第二节重点讲述了生物大分子基本骨架的构成和糖类、脂质、蛋白质、核酸等生物大分子的种类、结构及其在生命活动中的功能。二、重点难点导引重点提示1．构成细胞的原子、分子，无机分子与生命的关系。2．糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机分子的组成和功能。3．糖类、脂质、蛋白质的鉴定。难点提示1．原子是怎样形成分子的。2．生物大分子的基本骨架。3．糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机分子的组成和功能。第一节细胞中的原子和分子

课程学习目标课标要求1．举例说出构成细胞的原子和分子。2．举例说出细胞中无机分子的功能。重点难点学习重点（1）组成细胞的原子和分子。（2）原子是怎样形成分子的。（3）细胞中无机分子的存在形式和功能。学习难点（1）原子是怎样形成分子的。（2）水的存在形式和功能。教材脉络梳理组成细胞的元素必需元素：C、H、O、N、P、Ca等，这些元素占98%元素功能：如缺硒会患克山病组成细胞的原子和分子：原子分子

原子形成分子的化学键：离子键、共价键等细胞中的无机化合物：水：存在形式：自由水、结合水生理功能无机盐：存在形式学习背景探索看见了原子和分子科学家们用构造十分精密灵巧的扫描隧道显微镜和原子力显微镜已经为我们揭示了石墨和砷化镓（一种半导体材料）固体表面原子排列情况的真面目，也“看见”了脱氧核糖核酸（DNA）中互相盘旋的双螺旋结构，原子和分子已成为可以直接“观察”的实在。自从19世纪初英国化学家道尔顿从定比定律和倍比定律中“悟出”原子论以来，化学家们就在这个基础上构筑着化学学科，后来为大家所熟悉的化学式、反应方程式和许许多多的规律无不以此为基础。化学家常常自豪地说：“化学是一门在原子、分子水平上研究物质的结构、性质、变化规律和应用的科学。”但是真正“看见”原子和分子却是20世纪80年代后期的事，距离道尔顿提出原子论的时间差不多有两个世纪。于是现在的人们可以自豪地说：“我们终于看见了原子和分子1”———根据互联网资料整理研习教材重难点组成细胞的原子和分子【温故知新】在初中已经学过，自然界的物质种类繁多，性质各异。不同物质在性质上的差异是由于物质内部结构不同而引起的。在化学反应中，原子核不变，起变化的只是核外电子。要了解物质的性质及其变化规律，有必要先了解原子结构和由原子构成的分子的结构。1．生物体内的元素（1）在组成生物体的元素中，没有一种元素是生物所独有的，说明生物界与非生物界在元素组成上具有统一性。（2）组成生物体的元素：C、H、O、N、P、Ca,等元素占全部元素的98%。缺乏必需元素，可能导致生物体患病，如缺乏Se会患克山病。【发散探讨】（1）生物界与非生物界的统一性组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到，没有一种元素是生物界所特有的；生命起源于无机界；组成生物体的基本元素可以在生物界与非生物界之间反复循环流动；生物界和非生物界都遵守能量守恒与转化定律。（2）生物界与非生物界的差异性组成生物体的化学元素，在生物体和自然界中的含量相差很大；无机自然界中的各种化学元素不能表现出生命现象，只有在生物体中，有机地结合在一起，才能表现出生命现象。（3）元素的作用按各种化学元素在生物体的功能分：1、结构元素：构成细胞内生命物质的元素。如C、H、O、N、P、S、是构成细胞结构的重要组成部分。2、结合元素：与蛋白质结合的元素。如Fe形成血红蛋白、细胞色素等，Mo形成固氮酶等。3、调节元素：调节机体生命活动的元素。如钠钾钙镁等以离子形式参与调节生命活动。2．原子和分子（1）原子a．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称为原子的质量数。b．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。c．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。（2）分子a．分子一般是由两个或两个以上的原子构成，化合物的化学组成通常以分子式表示。b．原子之间通过化学键形成分子，化学键分离子键、共价键、金属键等。【领悟整合】原子与分子的区别与联系相同点：质量、体积都非常小，彼此间有间隔，总是在不停地运动，同种分子（或原子）性质相同，不同种分子（或原子）性质不相同。都具有种类和数量的含义。不同点：分子是保持物质化学性质的一种微粒。在化学反应中，分子可以分解为原子，原子又可以重新组合成新物质的分子。原子是化学变化中的最小微粒。在化学反应中，不可再分，不能变成其他原子。相互关系：分子是由原子构成的，分子可以分解为构成它的原子。【发散探讨】1．分子形成能量最小原理：一个系统总是要调整自己，使系统的总能量达到最低，使自己处于稳定的平衡状态（宏观世界与微观世界都适用）。两个或几个原子相遇时，要进行调整，使能量尽可能降低，如果可以达到比原来远离时的能量（称此时能量为零）要低，就能构成一个稳定的分子；如果调整后的最低能量仍大于零，则原子就要互相远离以减少能量，无法构成分子。两个或多个原子结合成分子，是因为它们接近时，即外层电子云重叠时的能量比远离时能量要小，它们之间产生了引力。所以，原子的结合，主要取决于最外层电子的情况。2．化学键（1）离子键：阴、阳离子间通过静电作用、所形成的化学键叫做离子键。形成图解：图说明：a．成键元素：活泼金属（如：KNaCa

Ba等，主要是1A和11A族元素）和活泼非金属（如：F

Cl

Br

O等，主要是V1族和V11族元素）相互结合时形成离子键。b.成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。c.离子键构成离子化合物。（1）共价键：原子间通过共用电子对所形成的化学键叫做共价键。说明：a．成键元素：通常为非金属元素的原子间。b．成键原因：同种或不同种元素的c．原子之间结合成分子时并不发生电子的完全得失，而是通过共用电子对而结合的。d．共价键可以形成单质也可以形成化合物。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。氢键易于形成，易于断裂，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化学键。【教考动向·演练】1．氢原子和氧原子之间通过共用电子对所形成的化学键是（）A．共价键B．离子键C．氢键D．金属键2．生物界在基本组成上的高度一致性表现在（）（1）组成生物体的化学元素基本一致（2）各种生物体的核酸都相同3组成生物体的大量元素基本相同5各种生物体的蛋白质都相同6组成生物体的微量元素大体相同A．1、2、4

B．1、3、5

C．3、4、5

D．1、2、3研习点2细胞中的无机化合物【温故·知新】在初中已经做过“探究种子细胞中的化学成分”的实验，当我们亲手把种子烘烤后，观察到试管壁有水珠产生，说明种子中含有水；还观察到种子燃烧后还有一部分灰烬（无机盐），“有收无收在于水，说明种子细胞中存在有无机盐。有经验的老农会说：收多收少在于肥（无机盐）。”说明水和无机盐在生物体生长发育过程中起到很重要的作用，水和无机盐在细胞中含量有多少？存在形式？具体有什么作用呢？1．细胞中的水（1）水在细胞中的含量水是细胞中含量最多的物质，约占细胞总质量的60%~90%（2）水的化学特性水由一个氧原子和两个氢原子以共价键形成V结构，具有极性，相邻的水分子通过氢原子与氧原子之间的吸引力可形成氢键。（3）水在细胞中的存在形式水在细胞中以两种形式存在：一是在细胞内与蛋白质、糖类和核酸等物质相结合，叫做结合水；绝大部分的水以游离形式存在，可以自由流动，叫做自由水。（4）水在细胞中的生理作用结合水：是组成细胞结构的重要成分自由水：是细胞内的良好溶剂和反应介质运输营养物质和代谢废物生物体的温度调节剂是细胞生活的液体环境【领悟·整合】表一：不同生物体内含水量不同：生物水母鱼类蛙哺乳动物藻类高等植物质量分数%9780～8578659060～80表二：同种生物不同组织器官含水量不同：

组织器官牙齿骨骼骨骼肌心脏血液质量分数1022767983表三：在人的不同发育期，体内含水量不同：不同发育期幼儿成年人老年人质量分数7752~6551【发散·探讨】（1）水在细胞中的存在形式：自由水和结合水，在细胞内是可以相互转换的。这种转换取决于水分子的自由能和大分子物质对水分子的束缚力，当水分子的自由能大于束缚力时，水以自由水形式存在；反之，当水分子的自由能小于大分子的束缚力时，水分子便以结合水形式存在。（2）细胞内自由水和结合水的数量与生物的代谢和抗逆性有关。一般情况下，自由水比例越大，细胞代谢越旺盛，但抗逆性差些；反之，结合水的比例大，代谢缓慢些，但抗逆性往往强些。2．细胞中的无机盐（1）无机盐的存在形式及含量细胞中的无机盐大多以离子形式存在。如以阳离子形式存在的有：钾离子

钙离子

镁离子

铁离子等，以阴离子形式存在的有：氯离子

硫酸根离子

磷酸根离子碳酸氢根离子等。和其他形式成分相比，无机盐的含量最少，约占细胞总质量的1．5%（2）无机盐的生理作用1．构成细胞内重要化合物的成分：如铁离子是合成血红蛋白的原料，镁离子是合成叶绿素的原料，磷酸根离子是合成磷脂、核苷酸、ATP的原料等。2．维持细胞和生物体的正常生命活动：动物血液中必须含有一定量的钙离子，如果含量太低，则动物会出现抽搐现象，如果太高，则会出现肌无力等。【领悟·整合】细胞内无机盐的含量在组成细胞中的化合物中是最少的，但却是细胞正常生命活动所必需的。【教考动向·演练】3．社会学家预测：水是引发未来战争的重要原因之一。这是因为水对生物的生存具有重要意义，下列有关水的叙述中，错误的是（）A．水是生物细胞的重要组成部分B．细胞内的结合水是生化反应的重要介质C．水是影响生物生存和分布的重要非生物因素D．水是一种重要的自然资源4．下列不属于生物体内自由水的功能的是（）A．参与蛋白质的分解B．运送营养物质和废物C．与细胞内的其他物质相结合D．构成细胞所生活的液体环境5．人体的牙齿和骨骼中含有钙离子和磷酸根离子，说明无机盐所具有的生理功能之一是（）A．细胞结构的重要组成部分B．调节渗透压C．调节细胞的酸碱平衡D．调节细胞中离子平衡【教材问题】答案研习［积极思维］在形成氯化钠的过程中，钠失去一个电子氯,得到一个电子钠离子与氯离子之间由于正、负电荷的吸引而形成离子键。氧原子具有6个价电子，通过共用电子对与2个氢原子结合，形成一分子水，所以水是由一个氧原子和两个氢原子以共价键的形式形成的。［评价指南］在组成生物体的元素中，C、H、O、N、P、Ca等元素占全部元素的98%左右。2．c3．b一般情况下植物体由于环境温度升高，气孔开放，通过气孔失去的水是自由水。4．c参照教材第14页表。5．abcd7．（1）原子之间通过共用电子对形成的相互作用一个原子将电子给予另一个原子，二者之间靠正负离子之间的静电作用而形成的化学键（2）氧气

甲烷

水（3）氯化钠探究解题新思路基础拓展型题型1细胞中的元素例1几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发黄枯萎，即使施用了大量氮、磷、钾肥也无济于事。后来人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得十分茂盛。原来，这一小片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工上下班总是抄近路走，他们的鞋子上粘有钼矿粉，正是矿工鞋子踩过的地方牧草长得绿油油的。经过科学家的化验和分析，一公顷牧草只需150克钼就足够了。下列关于这一现象的解释，不正确的是（）A．钼是植物必需的元素B．钼是植物必需的微量元素C．钼在植物生长发育过程中的作用不可代替D．钼是一种高效肥料，只要有了钼，植物就能正常生长［研析］原来长势不良的牧草，矿工踩过以后，“牧草长得十分茂盛”，一方面说明矿工踩过后，留下了钼矿粉，另一方面说明钼矿粉对牧草的生长发育起着十分重要的作用。钼是一种植物必需的微量元素，对植物生长发育有着不可替代的作用。植物必需的多种元素对植物的作用是综合的，缺一不可。［答案］D点评把相关知识放在具体情境中进行考查，这是一种典型的材料信息题，是考查理解信息、整合信息、提炼信息的较好的考查形式。解决此类题目关键是要从题目所给信息中提炼得出与课本知识相关的结合点。题型2水的存在形式和生理作用例2幼小植物体内自由水/结合水比值不断增大时，植物体内新陈代谢活跃，生长迅速；自由水/结合水比值不断减小时，植物体内的新陈代谢减弱，生长缓慢。下面解释正确的是（）1．结合水是构成植物细胞结构的一部分2．结合水参与某些代谢反应3．自由水是各种代谢活动的介质4．自由水参与某些代谢反应A．1

2B．2

3C．3

4D．1

4［研析］自由水是良好的溶剂，营养物质和代谢废物在水中运输，自由水又参与一些代谢过程，因此自由水/结合水的比值增大时，代谢加快。［答案］C点评识记自由水和结合水的生理作用是解此类题的关键。结合水的作用是组成细胞结构的重要成分。而自由水的生理功能较多，要识记清楚。题型3无机盐的生理作用例3在正常人的血浆中，碳酸氢钠的含量约为碳酸含量的20倍。当血浆中的碳酸氢钠含量减少时，会形成酸中毒；当血浆中碳酸含量减少时，则会形成碱中毒。这个事实表明，无机盐的生理作用是（）A．对维持细胞形态和功能有重要作用B．对维持生物体内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．对调节细胞内的渗透压有重要作用［研析］由题意可以看出这是无机盐离子调节细胞酸碱平衡的作用。［答案］C点评本题是通过无机盐与相关生命活动的叙述来考查细胞中无机盐的功能。只有充分弄清题目中所叙述生命的具体形式与无机盐功能间的关系，才是做好此类题的关键【教考动向·应用】1．新鲜种子和干种子经烘烤，在干试管壁上均可见小水珠，其水分主要分别来自鲜种子和干种子细胞中的（）A．自由水和自由水B．自由水和结合水C．结合水和自由水D．结合水和结合水2．某细胞中的含水量为自由水：结合水=96：4，在水分总量不变的情况下，提高温度，则两种水分的含量变化是（）A．自由水增多、结合水减少B．自由水减少、结合水增多C．自由水与结合水均减少D．自由水和结合水保持不变3．医生常给脱水病人注射0．9%的生理盐水。因为红细胞在蒸馏水中会因吸水过多而胀破；在浓盐水中会因失水过多而皱缩，从而失去输送氧气的功能。这说明（）A．水分子容易进出细胞B．无机盐离子容易进出细胞C．是细胞的特性造成的D．无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用综合创新型题型1创新应用例1科学家利用返回式航天器从某个小行星上收集回一些物质样本，经过仪器分析，这些物质中的主要元素组成及含量如下：元素CHONPSFeSiAl含量请根据上述信息判断，该物质是不是小行星上的生物体的组成物质？请说明理由。［研析］地球生物的生物体内所含元素占98%的是C、H、O、N、P、Ca等，而该物质中主要元素的种类和含量与生物体的组成元素差异极大，不可能是生物体的组成物质。［答案］从样本中可看出，该星球上C元素含量很少，而铁元素含量很多，因此不能组成生物物质，该物质不是生物体的组成物质。点评创设一些特殊情境，考查对知识的应用能力。本题关键是要抓住地球与该星球在元素组成上的差异，作为构成地球生命物质所必需的含量最多的物质，该星球含量很低。题型2开放探究例2探究镍为植物生活所必需的元素材料用具：完全营养液甲、缺镍的营养液乙（其他元素均具备）、适当的容器和固定材料、长势相似的玉米幼苗、含镍的无机盐方法步骤：（1）（2）（3）实验预期：为进一步验证镍元素一定是必需元素，还应增加的实验步骤及其结果是。［研析］首先要确定本题是属于探索性实验还是验证性实验。验证性实验，实验预期或结论与给的实验目的基本一致，一般只有一种情况即实验目的所要验证的情况，而探究性实验，实验现象或预期是不确定的，出现的可能性都要叙述到；二是通过实验目的，要清晰地确定单一因子变量，这个单因子变量就是实验目的中所给的，如该题，镍是否为必需元素，确定单因子变量是营养液中镍的有无，其他条件都应该相同，不仅相同，一般对该实验来说都是适宜的。［答案］（1）将长势相似的玉米幼苗分成数量相同的两组（2）将一组玉米幼苗放在缺镍的营养液乙中培养，另一组玉米幼苗放在等量的完全营养液甲中培养（3）将两组玉米幼苗放在相同的适宜环境中培养数天，观察实验结果甲营养液中玉米幼苗正常生长，若乙营养液中玉米幼苗也正常生长，则镍不是必需元素；若乙营养液中玉米幼苗不能正常生长（或表现出缺素症），则镍可能是必需元素在缺镍的营养液乙中加入一定量的镍元素（或含镍的无机盐），一段时间后玉米幼苗恢复正常生长（或症状消失），则镍是必需元素点评溶液培养法是确定一种元素是否是植物所必需的元素的最常用的方法。溶液培养法，是指用含有全部或部分矿质元素的营养液培养植物的方法。在人工配制的营养液中，除去或加入某一种矿质元素，然后通过观察植物在营养液中生长发育的状况，确定该种元素是否必需。教材知识拓展【教考动向·应用】4．人体内某些组织的含水量近似，但形态却不同，例如：心肌含水约79%&而呈坚韧的形态，血液含水约82%却呈川流不息的液态，对这种差异的解释是（）A．心肌内结合水相对较多B．血液中全是结合水C心肌内自由水相对较多D．血液中全是自由水5．有的植物能生存在干旱的地方。下列关于耐旱植物细胞的叙述中正确的是（）A．细胞内液体浓度高，自由水少，代谢缓慢B．细胞内液体浓度高，自由水多，代谢旺盛C．细胞内液体浓度低，自由水少，代谢缓慢D．细胞内液体浓度低，自由水多，代谢旺盛6．为确定某矿质元素是否为植物生活所必需，用缺少该元素的“完全培养液”进行培养，应该（）A．以土壤为基质盆栽，加上述营养液B．大田种植，浇上述营养液C．以沙土为基质，加上述营养液D．只用上述营养液，不用基质开拓学习新视野教材知识拓展［思想方法］学习《细胞中的原子和分子》内容要注意以下几点：一是要掌握基本的对照实验思想，在对照实验中要严格遵守单一变量原则、等量原则、重复性原则和科学性原则等。二是采取归纳比较的方法来理解离子键、共价键、氢键的概念及其在原子形成分子过程中的作用。三是重视上网搜索、查找资料的能力，通过本节的继续探究，学会搜索、查找资料的能力，通过资料深入理解微量元素和人体健康的关系。［专题放送］自由水与结合水的形成进入细胞内的水，在细胞中的存在形式有两种：一是自由水，一是结合水。结合水是指与细胞内的一些亲水性物质（如蛋白质、淀粉、纤维素等极性大分子物质）相结合，不能自由流动的水。自由水是指在细胞中能够自由流动的水。结合水的形成与极性大分子物质对水的束缚力与水分子的自由能有关。以蛋白质为例：蛋白质是一种带有极性的大分子有机物，水分子是带有极性的小分子物质。蛋白质分子对水分子有很强的亲和能力，即束缚力。当蛋白质分子对水分子的束缚力大于或等于水分子的自由能时，水分子就被束缚在蛋白质分子的周围不能自由流动，形成结合水。蛋白质分子对水分子的束缚力与两者间的距离成反比例关系，蛋白质对水分子的束缚力小于水分子的自由能时，水分子就能自由流动成为自由水。一般情况下，在细胞中以自由水为主，结合水的含量较少。结合水在细胞中的绝对含量与水分子的自由能有关，如温度高，水分子的自由能高，结合水的含量就会低一些，反之就会高一些。考题在线搜索考题1（2004江苏高考）下列有关组成生物体化学元素的论述，正确的是A．组成生物体和组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量最多（）B．人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大C．组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到D．不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似［研析］自然界中氧元素的含量最多；人、动物与植物所含的化学元素的种类差异不大，含量相差很大，但组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到，没有一种是生物所特有的。［答案］C点评本题考查记忆理解能力，只要掌握生物界与无机自然界在元素组成上的统一性和差异性，就能回答本题。考题2（2004广东奥赛初赛）关于生物体中的水，下列叙述不正确的是（）A．不同物种，含水量不同B．同一物种、同一年龄段的不同个体，含水量大致相同C．同一个体的不同器官，含水量不同D．同一器官的不同组织，含水量一致相同［研析］本题考查的是生物体内含水量的问题，属理解水平。对于生物来说，不同物种，含水量是不同的，如水生生物体内的含水量大于陆生生物；但同种生物，相同年龄段的不同个体，其体内含水量是大致相同的，但对不同年龄段的不同个体来说，体内含水量是不同的，相差较大；同一个体的不同器官含水量不同；同一器官的不同组织含水量也是不同的。如牙齿这一器官由是骨、神经、血管（上皮，肌肉）、血液等组成的，每一器官都是由上皮组织、肌肉组织、结缔组织、神经组织组成，其含水量是不同的。［答案］D点评本题是对生物体内含水量多少的考查，属理解水平。涉及到的内容有：（1）不同生物体内含水量不同；（2）同一生物不同年龄段体内含水量不同；（3）同种生物同一年龄段的不同个体体内含水量基本相同；（4）同种生物同一个体的不同器官的含水量不同；（5）同种生物同一个体同一器官的不同组织含水量不同。考题3细胞内的无机盐离子（如等）的主要生理作用不包括（）A．细胞结构物质之一B．维持细胞形态C．维持细胞正常的生理功能D．维持细胞的