【人教生物必修1知识梳理及训练】2.1 细胞中的元素和化合物（含解析）

生物学 必修1［RJ］（不定项）
人教生物必修1知识梳理及训练
2.1 细胞中的元素和化合物
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知识点1　组成细胞的元素和化合物
1．组成细胞的元素
(1)生物界与非生物界的统一性和差异性
①统一性：组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到。
②差异性：细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
(2)种类：组成细胞的化学元素，常见的有20多种。
(3)组成细胞的元素分类
①分类
基本元素：C、H、O、N。
大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等。
②尝试构建自然界中的元素、组成细胞的常见元素、大量元素、微量元素、基本元素的包含关系图。
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生物体内含量很少的元素都是微量元素吗？请说明理由。
提示：不都是。微量元素是生物体内含量很少但又不可缺少的元素。生物体还有一些元素如Pb含量少，但又是非必需的，这些元素不属于微量元素。
2．组成细胞的化合物
(1)种类
类型 化合物 质量分数/%
无机化合物 水 占70～90
无机盐 占1～1.5
有机化合物 蛋白质 占7～10
脂质 占1～2
糖类和核酸 占1～1.5
(2)含量
①细胞内含量最多的化合物是水。
②细胞内含量最多的有机化合物是蛋白质。
③实际上，不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的，有的还相差悬殊。
(3)组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在。
知识点2　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1．原理
(1)思路：某些化学试剂能够使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。
(2)原理
①糖类
还原糖＋斐林试剂砖红色沉淀
②脂肪＋苏丹Ⅲ染液―→橘黄色
③蛋白质＋双缩脲试剂―→紫色
2．实验材料及试剂
(1)材料：梨匀浆、葡萄匀浆、白萝卜匀浆，花生种子，豆浆，鲜肝提取液，鸡蛋清稀释液。
(2)试剂：斐林试剂(甲液：质量浓度为0.1__g/mL的NaOH溶液，乙液：质量浓度为0.05__g/mL的CuSO4溶液)，质量浓度为0.01 g/mL的苏丹Ⅲ染液，双缩脲试剂(A液：质量浓度为0.1__g/mL的NaOH溶液，B液：质量浓度为0.01__g/mL的CuSO4溶液)，体积分数为50%的酒精溶液，蒸馏水。
3．实验流程
(1)还原糖的检测
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注意
(1)斐林试剂的使用方法
①甲、乙液必须等量混合均匀再使用。
②水浴加热(50～65 ℃)。
③现配现用。
(2)还原糖检测时，溶液颜色由蓝色→棕色→砖红色变化的原因是：开始时的蓝色是Cu(OH)2的颜色，后来的棕色是蓝色和砖红色的混合色，最后生成较多Cu2O，溶液呈现砖红色。
(2)脂肪的检测
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注意
检测生物组织中的脂肪时，染色时间不宜过长的原因是：染色时间过长，脂肪会溶解到染色剂中。
(3)蛋白质的检测
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注意
(1)蛋白质检测时，双缩脲试剂的加入顺序：先加A液，再加B液，且B液不能过量。目的是先制造碱性环境。若先加B液或B液过量，会生成Cu(OH)2，干扰颜色反应。
(2)在蛋白质检测实验中，需要将鸡蛋清稀释到一定程度，否则与双缩脲试剂发生反应后，会黏在试管的内壁上，反应不彻底，试管也不易刷洗。
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INCLUDEPICTURE"本节聚焦.TIF" INCLUDEPICTURE "本节聚焦.TIF" \* MERGEFORMAT
1．细胞中常见的元素有哪些？
答案　组成细胞的化学元素，常见的有20多种，大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
2．组成细胞的主要化合物有哪些？
答案　组成细胞的主要化合物有水、无机盐、蛋白质、核酸、糖类、脂质等。
3．怎样检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质？
答案　检测还原性糖类一般选取斐林试剂水浴加热，呈现砖红色沉淀；检测蛋白质应用双缩脲试剂，呈现紫色；检测脂肪选用苏丹Ⅲ染液，呈现橘黄色。
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1．(目标1)人是杂食动物，通过摄入动植物及其产物来获得化合物和元素，则人体内和其所食用的动植物体内的化学元素(　　)
A．种类和含量差异都很大
B．种类大体相同，含量上有差异
C．种类和含量都大体相同
D．种类差异很大，含量大体相同
答案　B
2．(目标2)一般情况下，活细胞中含量最多的化合物是(　　)
A．水 B．葡萄糖
C．蛋白质 D．无机盐
答案　A
3．(目标3)在还原糖、脂肪、蛋白质的检测实验中，最佳的一组实验材料依次是(　　)
①西瓜　②油菜籽　③花生种子　④梨　⑤甜菜的块根　⑥豆浆
A．④②⑥ B．⑤②⑥
C．①②⑥ D．④③⑥
答案　D
解析　还原糖的检测要求实验材料富含还原糖且是浅色或白色；脂肪、蛋白质的检测分别要求实验材料含有丰富的脂肪、蛋白质。因此，最佳的一组实验材料是④梨、③花生种子和⑥豆浆。甜菜的块根含有丰富的蔗糖，不是还原糖，西瓜中富含还原糖，但西瓜汁有颜色，不利于实验现象观察，因此甜菜的块根和西瓜不能作为还原糖检测的实验材料；油菜籽虽含较多脂肪，但体积小不易操作，不适合作为脂肪检测的材料。
4．(不定项)(目标1和2)如图为在生物体内的元素含量关系图，下列表述不正确的是(　　)
A．Ⅰ在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的差异性
B．Ⅱ含量虽少，但对于生物体正常生命活动不可缺少
C．Ⅱ和Ⅲ均为必需元素，一旦缺乏就可能会导致相应的病症产生
D．P、S、K、Ca、Zn都属于大量元素
答案　AD
解析　组成生物体的各种化学元素，在自然界中都能找到，没有一种化学元素是细胞所特有的，这体现了生物界与非生物界具有统一性，A错误；微量元素含量虽少，但却是生物体正常生命活动不可缺少的，B正确；大量元素和微量元素均为必需元素，一旦缺乏可能会导致相应的病症产生，C正确；Zn属于微量元素，D错误。
5．(目标3)根据“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验，回答下列问题：
(1)检测还原糖所用的试剂是________，该试剂极不稳定，使用时需________，检测还原糖时还需要进行的处理方法是__________________。
(2)检测脂肪的实验中，苏丹Ⅲ染液能将脂肪染成________。用其染色时，要用酒精冲洗，目的是________。
(3)检测黄豆组织中存在蛋白质时，首先向试管内注入2 mL待测组织样液，再向组织样液中加入双缩脲试剂，其中双缩脲试剂B液的量不能过量，这是因为________________________________________________________。
答案　(1)斐林试剂　现配现用　水浴加热(放入盛有50～65 ℃温水的大烧杯中加热)
(2)橘黄色　洗去浮色
(3)过量的双缩脲试剂B液会与A液反应，使溶液呈蓝色，而掩盖生成的紫色
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[例1]　下列关于实验操作步骤的叙述，正确的是(　　)
A．用于检测还原糖的NaOH溶液和CuSO4溶液，可直接用于蛋白质的鉴定
B．检测脂肪时需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒
C．检测还原糖时，要先加入NaOH溶液摇匀后，再加入CuSO4溶液
D．用于检测蛋白质的NaOH溶液与CuSO4溶液要混合均匀后，再加入含样品的试管中，且必须现配现用
解题分析　斐林试剂甲液与双缩脲试剂A液成分及浓度相同，但斐林试剂的乙液与双缩脲试剂B液成分相同，浓度不相同，因此斐林试剂甲液和乙液不可直接用于蛋白质鉴定，A错误；用斐林试剂检测还原糖时，要将甲液和乙液等量混合均匀后再使用，C错误；用双缩脲试剂检测蛋白质时，要先加A液，后加B液，D错误。
答案　B
[例2]　(不定项)如图所示为物质鉴定的两个实验方案，下列相关叙述正确的是(　　)
A．图1方案中2 min后试管内未出现砖红色沉淀
B．若图2的实验方案是用于鉴定蛋白质的，则图中的A液是0.01 g/mL的CuSO4溶液
C．用图2方案鉴定蛋白质时，摇匀后溶液会变成紫色
D．用斐林试剂鉴定某无色液体时，若出现了砖红色沉淀，则表明该无色液体中含有葡萄糖
解题分析　图1中用斐林试剂鉴定还原糖时，没有进行水浴加热，所以试管内不会出现砖红色沉淀，A正确；若图2的实验方案是用于鉴定蛋白质的，则所用试剂为双缩脲试剂，A液为0.1 g/mL的NaOH溶液，B液为0.01 g/mL的CuSO4溶液，摇匀后产生紫色反应，B错误，C正确；用斐林试剂检测时出现了砖红色沉淀只能证明样液中含有还原糖，但不能证明具体是哪种还原糖，D错误。
答案　AC
技法提升
1．斐林试剂和双缩脲试剂的“一同三不同”
2．实验操作
三类有机物检测时的两个唯一：
唯一需要加热的是：还原糖的检测。
唯一需要显微镜观察的是：脂肪的切片检测。
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[单项选择题]
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点一　生物界和非生物界的统一性和差异性
1．C、H、N这3种化学元素在组成人体的化学成分中，质量分数共占73%左右(占细胞干重百分比)，而这3种元素在岩石圈中，质量分数还不到1%。这个事实说明(　　)
A．生物界与非生物界具有统一性
B．生物界与非生物界具有差异性
C．元素在自然界中都可以找到
D．生物界具有特殊性
答案　B
解析　组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到，这个事实说明生物界与非生物界具有统一性，而题中所强调的是相对含量的不同，即差异性。
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点二　组成细胞的元素和化合物
2．下列关于生物体元素的叙述，错误的是(　　)
A．微量元素是生物维持正常生命活动所必需的，是含量很少的元素
B．B、Zn、Cu等都属于微量元素
C．C、H、O、N属于大量元素
D．所有的占生物体总质量万分之一以下的元素都是微量元素
答案　D
解析　微量元素是指生物维持正常生命活动所必需的，但细胞中含量很少的一些元素，包括Fe、Zn、B、Cu、Mo、Mn等，有些元素(如某些重金属元素)在生物体内的含量虽然很少，但不是生物体生命活动所必需的，与微量元素的概念不符，D错误。
3．下列各种物质在活细胞中的含量从少到多的正确顺序是(　　)
A．核酸、无机盐、蛋白质、水
B．无机盐、蛋白质、核酸、水
C．蛋白质、水、糖类、核酸
D．脂质、蛋白质、无机盐、核酸
答案　A
解析　活细胞内含量最多的化合物是水，其次是蛋白质。核酸、无机盐、蛋白质、水在细胞内的含量依次升高，A正确。
4．研究表明缺硒可导致克山病。克山病是一种地方性心肌病，急重症病人可发生猝死。营养学和流行病学界专家认为，成人每天硒的摄取量约40～100 μg就可满足人体需要。根据资料，下列解释不正确的是(　　)
A．硒是人体必需的化学元素
B．硒在人体生长发育过程中的作用不可替代
C．硒的作用重大，只要有了硒，人体就能正常生长发育
D．硒是人体必需的微量元素
答案　C
解析　人体生长发育需要多种大量元素和微量元素，而不是只要有硒人体就能正常生长发育，C错误。
5．下表表示人体和玉米细胞中部分含量较多的元素的含量(占细胞干重的质量分数/%)，下列说法不正确的是(　　)
元素 O C H N
玉米 44.43 43.57 6.24 1.46
人 14.62 55.99 7.46 9.33
A.玉米和人的细胞中所含有的元素的种类大致相同
B．玉米和人的细胞中所含元素含量的差异与其组成的化合物有关
C．细胞中常见元素根据其作用大小分为大量元素和微量元素
D．若在鲜重中，玉米和人的细胞中元素的含量会有变化
答案　C
解析　玉米和人的细胞中所含有的元素的种类大致相同，但各种元素的含量有差异，A正确；组成细胞的元素主要以化合物的形式存在，玉米和人的细胞中所含元素含量的差异与其组成的化合物有关，B正确；细胞中的元素按含量高低分为大量元素和微量元素，C错误；与干重相比，鲜重中包含更多水分子，故若在鲜重中，玉米和人的细胞中各元素的含量会有变化，D正确。
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点三　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
6．下列为达成实验目的而进行的相应实验操作，不正确的是(　　)
选项 实验目的 实验操作
A 观察花生子叶切片中的脂肪颗粒 用苏丹Ⅲ染色后，再用酒精洗去浮色
B 鉴定还原性糖 斐林试剂直接滴加在苹果的切面上即可完成
C 检测蛋白质 先加入双缩脲试剂A，再加双缩脲试剂B
D 鉴定生物组织中的淀粉 滴加碘液
答案　B
解析　脂肪鉴定实验中，用苏丹Ⅲ染色后，再用酒精洗去浮色，便于观察，A正确；用斐林试剂鉴定还原糖时需要水浴加热，B错误；用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，应该先加入双缩脲试剂A，再加双缩脲试剂B，C正确；检测淀粉应该用碘液，淀粉遇碘液变蓝色，D正确。
7．检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质的实验中，下列叙述不正确的是(　　)
A．斐林试剂的本质是氢氧化铜溶液，该试剂呈蓝色，配制成功后可装入瓶中长期备用
B．双缩脲试剂的本质是碱性环境的铜离子
C．检测组织细胞中含有脂肪，需要制作临时装片，用显微镜观察
D．检测可溶性还原糖需水浴加热，其颜色变化过程为：蓝色→棕色→砖红色
答案　A
8．在1、3、5号试管中分别加入2 mL蒸馏水，2、4、6号试管中分别加入2 mL发芽的小麦种子匀浆样液，然后在1～4号试管中适量滴加斐林试剂，5、6号试管中合理滴加双缩脲试剂，摇匀。如图所示，有关实验现象的描述正确的是(　　)
A．所有试管中只有1、5号呈蓝色
B．3组实验中甲组和乙组的实验结果相同
C．4号试管内呈砖红色，其余试管内都呈蓝色
D．4号试管内呈砖红色，6号试管内呈紫色
答案　D
解析　发芽小麦种子匀浆中含有还原糖和蛋白质等物质，还原糖和斐林试剂在水浴加热条件下反应生成砖红色沉淀，而蛋白质和双缩脲试剂反应呈紫色，不能发生反应的试管中则呈现出斐林试剂或双缩脲试剂原本的颜色，即蓝色，因此试管1、2、3、5号呈蓝色，4号呈砖红色，6号呈紫色，D正确。
[不定项选择题]
9．化学元素组成了细胞中的各种化合物，下列关于生物体中元素的叙述，正确的是(　　)
A．组成生物体的元素都可以从无机自然界找到
B．各种动植物所含有的大量元素的种类基本相同
C．所占生物体总质量万分之一以下的元素都是微量元素
D．水母是富含水的生物，其干重中最多的元素是氧元素
答案　AB
解析　水母鲜重中含量最多的元素是氧，干重中含量最多的是碳元素，D错误。
10．油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如图所示，将不同成熟阶段的种子制成匀浆后检测，结果正确的是(　　)
选项 取样时间 检测试剂 检测结果
A 第10天 斐林试剂 不显色
B 第20天 双缩脲试剂 不显色
C 第30天 苏丹Ⅲ染液 橘黄色
D 第40天 碘液 蓝色
答案　C
解析　分析曲线可知，油菜种子在成熟过程中，可溶性还原糖和淀粉不断转化为脂肪储存起来。第10天时仍然存在较多的可溶性还原糖，可溶性还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下会出现砖红色沉淀，A错误；细胞中含量最多的有机物是蛋白质，所以在第20天用双缩脲试剂检测会出现紫色，B错误；在第30天时，脂肪含量较高，脂肪与苏丹Ⅲ染液发生反应呈现橘黄色，C正确；在第40天时，淀粉已经消耗殆尽，用碘液检测不会发生显色反应，D错误。
11．随着新生儿疾病筛查工作的广泛开展，越来越多的苯丙酮尿症患者被早期确诊，并可及时对其进行低苯丙氨酸饮食治疗，严格限制高蛋白食物摄入。对患者在治疗过程中体内主要矿物元素的含量进行检测，结果报告如下，下列分析正确的是(　　)
A.这是对5种微量元素的检测
B．这些元素含量有多有少，但都是人体正常生命活动所不可缺少的
C．患者组锌含量低于对照组，可能是饮食治疗导致锌摄入不足导致
D．外界环境变化和体内细胞代谢活动的进行，不会导致检测结果发生变化
答案　BC
解析　外界环境变化和体内细胞代谢活动的进行，会影响细胞对矿质元素的吸收，所以可能会导致检测结果发生变化，D错误。
[非选择题]
12．现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴别出来(注：淀粉酶是蛋白质，可催化淀粉水解成麦芽糖)。
(1)用一种试剂可将上述四种溶液区分为2组，这种试剂是____________，其中发生颜色反应的一组是______________溶液，不发生颜色反应的是____________溶液。
(2)用________试剂区分不发生颜色反应的一组溶液。
(3)区分发生颜色反应的一组溶液的方法及鉴定结果是：发生颜色反应组的两种溶液各取少许，置于不同的试管中，分别滴加5滴________溶液，充分振荡，静置半小时。向静置后的反应液中加入斐林试剂，水浴加热后，出现砖红色沉淀的为________溶液。
答案　(1)双缩脲试剂　稀蛋清、淀粉酶　葡萄糖、淀粉
(2)斐林
(3)淀粉　淀粉酶
解析　(1)稀蛋清的主要成分是蛋白质，葡萄糖和淀粉是糖类，淀粉酶是蛋白质。可将四种溶液区分为2组的试剂是双缩脲试剂，发生颜色反应的是稀蛋清和淀粉酶溶液，不发生颜色反应的是葡萄糖和淀粉溶液。
(2)用斐林试剂区分不发生颜色反应的一组溶液，水浴加热后能产生砖红色沉淀的是葡萄糖溶液，不发生颜色反应的是淀粉溶液。
(3)发生颜色反应的一组是稀蛋清和淀粉酶溶液，淀粉酶能催化淀粉水解为麦芽糖，麦芽糖为还原糖，所以取两种溶液少许置于不同试管中，分别加入淀粉溶液，充分振荡，静置半小时后加入斐林试剂，水浴加热后出现砖红色沉淀的是淀粉酶溶液。
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