【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物

2024-06-10

【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物（7篇）

1.【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物篇一

本节内容是人教版高中生物必修一《分子与细胞》第二章《组成细胞的分子》第一节的内容，所需课时为一课时。要从系统的角度来认识细胞，首先就要了解细胞的物质组成。教材从组成细胞的基本元素，再到化合物，逐渐深入，让学生在微观层面上系统的认识细胞，从组成细胞的基本物质开始累积成一个细胞的完整形态和结构。本节内容是学习本章及后续内容的基础。学生在初中积淀了部分生物及化学知识，有一定的实验动手能力。学生本身对探究细胞的结构是存在好奇心的，教师只要在必要的问题上对学生进行点拨，便能激发学生的探究、思考及动手能力。培养学生提出问题，解决问题的能力，让学生主动地探究，从而获取知识，提高学习能力，这也是新课程标准的要求，所以教师需要在这方面多给学生指导和启发，便能收到较好的教学效果。

本堂课主要采用了问答式探究学习的方式，围绕组成细胞的化学元素和化合物展开探究学习。在整堂课中，教师充当的是学生学习的引导者和组织者，通过资料创设问题情境，引导学生发现问题、提出问题、探究讨论问题、解决问题，直到最后得出结论，都是学生通过自主合作讨论获得的。

本节教学应该重点渗透以下几点：①从元素水平就可以看出生物的物质性，以及组成生物体物质的特殊性。②组成生物体的元素的作用，只有在生活的机体中，在生物体特定的结构基础上，在与其他物质的相互作用中才能体现出来。③生物体的大量元素和微量元素是依据含量划分的，不可轻视微量元素的作用。另外，生物体中不仅仅都是必需元素，环境中的有些非必需元素也会进入到生物体中。

本节课既有授课内容，又要做实验，因此教师要熟悉教学内容要求，善于利用各种课程资源，创新实验设计方案。在课前教师一定要做好充分的准备工作，尽量将可能出现的情况都估计到，并找到相应的对策，学生也应该做好课前准备，预习实验，初步了解实验的原理及实验步骤，保证实验的顺利进行。

本实验由于时间关系，对选则实验材料的原则，无法在本实验中拓展完成，另外，若时间较充足，还可以鼓励学生自带实验材料，将成功与实验的机会更多地让位于学生，使学生建立自信，体验更多成功的喜悦。

2.【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物篇二

纳米粒子填充高分子的结构和性能调控是纳米材料科学的研究前沿和热点,优势在于添加少量的纳米粒子就可以明显提高材料的力学性能、热稳定性和阻隔性能等[1,2,3]。但实现纳米复合材料高性能化的关键问题是控制纳米粒子在聚合物基体中的分散和调控聚合物基体与填料间的界面作用,工业化的难点在于降低制备无机纳米粒子的分散成本和提高制备方法的可操作性。目前,采用乳液、悬浮、分散、原位聚合等方法制备的核壳型有机-无机粒子均为固态,虽然能在一定程度上提高无机纳米(粒径小于20nm)颗粒的亲油性,减轻团聚倾向,但很难得到单包覆的核壳纳米复合粒子, 而且作为聚合物熔融共混或复合纺丝的无机粒子母料,存在粒子后处理过程复杂,熔融共混或纺丝粘度大,难以大规模应用而且也很难通过剪切力消除小的粒子聚集体等缺陷,大大限制固体纳米粒子在复合纤维中的应用。因此,发展新的改性技术制备低粘度、结构可控的单分散核壳纳米粒子,对于解决以上问题能起到关键作用,是发挥粒子纳米效应有效途径之一。2005年Giannelis[4]在SiO2、γ-Fe2O3纳米粒子表面接枝季铵化的硅烷偶联剂,然后与聚氧乙烯功能化的有机长链进行离子交换,使无机纳米粒子在无溶剂的条件下具备类似于液体的流动性,粒子自组装有序排列,呈现单分散核壳粒子结构。这种结合纳米粒子自身物理化学性质和流体的流动性能于一身的类流体是一种宏观上的均相体系,即每一个“溶质”粒子周围紧密结合了自己的那部分“溶剂”,这些 “溶剂”不迁移、不挥发,具有绿色环保、分散稳定性好等优势,使这种体系具备广泛的应用前景和研究价值[5,6,7,8]。本文将综述这种具有类液行为的有机-无机离子纳米粒子的合成方法、结构及性能以及在高分子复合材料领域的应用前景。

1有机-无机离子纳米粒子(NIMs)的合成方法

通常认为的纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中,制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质,是一种多相体系。而本文中的有机-无机离子纳米粒子是以纳米粒子为核,外面包覆颈状层分子(通常是硅烷类的改性剂),冠状层分子(有机长链离子)通过静电作用与颈状层分子相连。颈状层和冠状层相当于溶剂,使纳米粒子核在无溶剂情况下呈现类似液体流动性质,是一种均相体系。目前合成NIMs(即纳米类流体)的常用方法归纳起来主要有两种。一种是离子交换法(两种带相反电荷的配体之间的静电作用)。粒子表面的劲状层分子一般是硅烷类的季铵盐,水解后形成硅醇基与粒子表面羟基反应形成共价键,得到粒子有机盐,然后表面含有长链季铵盐的纳米粒子与冠状分子进行离子交换得到NIMs。该反应属于离子交换反应,所需反应条件温和,并且在反应过程中无有毒物质的参与和生成。采用这类方法得到的无溶剂纳米类流体被称为第一代类流体,其合成反应示意如图1所示。这一类超分子离子液体主要包括ZnO[9]、SiO2[10]、Fe2O3[10]、TiO2[11]、海泡石[12]等。另一种是酸碱反应法,这种方法是在Giannelis等[8]报道的第二代类流体制备方法的基础上经适当简化与调整而得到的。酸碱交换法是基于分别带酸性基团和碱性基团的两种配体间的酸碱反应。首先用酸性硅烷偶联剂对纳米粒子进行表面修饰,然后用碱性的带有PEG链段的叔胺与前者进行酸碱反应,制得目标产物。酸碱反应速率快, 反应彻底,反应条件温和,产物纯度高,采用这类方法得到的无溶剂纳米类流体被称作第二代类流体。合成示意图如图2所示。用这一类方法制备得到的超分子离子液体主要包括SiO2[13,14]、碳纳米管[15,16,17,18,19,20]、富勒烯[21,22]、Au[23]等。

李琦等[24]研究了离子交换法和酸碱反应法制备SiO2类流体的特点,发现两种方法都能得到比较理想的纳米类流体,其中离子交换法(萃取)能够很容易地将小离子移除出反应体系,从而得到理想的类流体产物;并且,这种方法无须加入过量的阴离子表面活性剂来进行离子交换,使得产物的提纯也比较容易。而采用酸碱反应法,利用粒子表面接枝物的酸碱反应,能够快速制备出不同结构的纳米类流体,后处理过程简单,但是成本太高,无法大规模生产。郑亚萍等[25]在总结离子交换法和酸碱反应法的基础上,提出了基于无机粒子-有机分子之间氢键自组装合成新的纳米类流体,直接用两端带有羟基的聚环氧乙烷-block-聚氧化乙烯-block-聚环氧乙烷(PEO-b-PPO-b-PEO)嵌段共聚物与无机粒子表面羟基相互作用形成氢键,从而在粒子表面接上有机长链分子,这种方法后处理过程简单,有助于大规模生产。

2零维、一维和二维离子纳米粒子合成及性能

由于各种无机纳米粒子的形状、尺寸及表面化学不同, 每一类无溶剂纳米类流体的制备方法还需要根据纳米材料自身的性质进行区分。根据无机粒子在空间的维度不同,通常将纳米粒子分为零维、一维、二维和三维。下文将重点介绍不同维度的无机-有机纳米复合粒子合成及性能。

2.1零维离子纳米粒子合成

最具有代表性的零维纳米粒子是球形粒子如碳60、SiO2及其他金属球形纳米粒子。由于这些球形粒子表面富含大量羟基,通常采用离子交换法(第一代方法)制备有机-无机纳米流体粒子。在这类方法中,首先使用带有离子基团的有机硅烷偶联剂与纳米粒子进行化学接枝,该反应是基于硅烷偶联剂上的硅羟基与纳米粒子表面羟基之间的脱水缩合;然后用带有柔性长链的离子液体置换硅烷偶联剂带电基团上的小离子,通过离子键的作用使柔性长链离子锚固在包有硅烷偶联剂的纳米粒子表面。采用这种方法,已制备出基于SiO2[10]、Fe2O3[10]、TiO2[11]等粒子的无溶剂纳米类流体。本课题组采用第二代酸碱法制备出不同结构SiO2纳米类流体,通过改变长链有机物的分子链长度,得到不同流变行为类流体。对于那些本身不具有表面羟基或表面羟基含量太低的纳米粒子,在用硅烷偶联剂改性前,需采用化学方法对粒子表面进行处理,使其表面产生足够多的羟基,然后再利用硅烷偶联剂接枝技术制备无溶剂纳米类流体。如碳酸钙纳米粒子表面羟基含量不足,直接与硅烷偶联剂反应活性点较少,因此直接偶联反应得到的纳米粒子盐呈固体,无法呈现流体特征。熊传溪等[26]通过调节体系pH值为碱性,使碳酸钙纳米粒子表面能够产生大量羟基,从而可以利用硅烷偶联剂接枝技术得到碳酸钙类流体。这种粒子表面预处理技术扩展了零维纳米粒子制备类流体的种类。虽然纳米类流体制备方法较多,技术也逐渐成熟,但是目前关于零维纳米类流体的理论研究较少,关键的流动机理至今尚未弄清楚。目前仅Agarwal等[27]在总结前人的工作基础上,以SiO2纳米类流体为理论模型,成功建立了零维纳米类流体的物理框架,研究发现具有不同接枝密度与接枝链长的零维纳米类流体可以用3种不同的物理模型来定义:(1)类似于星形多臂聚合物模型;(2)类似于传统纳米粒子悬浮液模型;(3)类似于软玻璃类材料模型。

2.2一维离子纳米粒子合成

一维纳米材料主要以碳纳米管、二氧化钛纳米管等为代表,表面羟基和羧基量少,但经过混酸处理后也能产生足够多的含氧官能团,这些含氧官能团可以与偶联剂反应生成有机离子盐,通过与柔性长链离子有机物的离子交换或酸碱反应可以制得一维纳米管类流体。熊传溪等[18]采用离子交换法制备了MWCNT类流体,60 ℃左右类流体从蜡状固体向液态转变,冷却后又可逆回复到固态。同样,郑亚萍等[12]采用离子交换法制备了棒状的海泡石纳米类流体,室温下呈现流体状态。此外,他们采用另外一种方法也成功制备了CNT类流体,其方法是在CNT表面接枝一定分子量的超枝化聚合物,通过控制聚合物分子量能够调控类流体流变行为[28]。张娇霞等[23]利用带有巯基的偶联剂处理Au粒子,然后与 (PEO-b-PPO-b-PEO)嵌段共聚物改性的CNT进行氢键自组装作用,制备了一维和零维杂化类流体,这种类流体在45 ℃左右发生固液转变,而且这种转变是可逆的,该方法为改善杂化粒子在聚合物中分散提供了新的途径。郑亚萍等[25]采用(PEO-b-PPO-b-PEO)嵌段共聚物直接与表面羧基化的多壁碳纳米管 (MWCNT)共混,得到了MWCNT类流体。该方法非常简单、环保,有望实现难于加工的“固体”碳纳米管像普通高分子、胶体甚至液体一样进行加工。目前,仅雷佑安等[17]对一维纳米类流体进行了理论模型研究。他们将稳态剪切模型与实验结果结合,研究发现了碳纳米管表面功能化密度、长径比以及体积分数与碳纳米管类流体宏观流变性的定量关系式,为特定流变行为碳纳米管类流体的制备提供了理论基础,通过酸氧化碳纳米管的简单控制可调控一维纳米类流体的流变行为。这为一维纳米类流体制备提供了理论模型和技术支持。

2.3二维离子纳米粒子合成

二维纳米材料主要以石墨烯、层状蒙脱土等材料为主, 其特点是这类材料通过化学处理后形成片层结构,比表面积较大,被广泛用于电子元器件、高分子复合材料领域。然而这类材料在溶剂存在下容易呈现分散状态,溶剂处理或挥发后材料团聚严重,很难实现其应用价值,纳米类流体技术能够很好地实现石墨烯等二维纳米材料均匀分散。李琦等[29]在氧化石墨烯表面接枝三硅羟基丙磺酸(SIT),然后与氢氧化钠反应得到石墨烯有机离子盐,经与壬基酚聚氧乙烯醚季铵盐进行离子交换,制备了石墨烯类流体,其在室温条件下就能发生流动,远低于石墨熔点在3000 ℃才发生流动。张立群等[30]采用带负电荷的荧光粉(VBL)修饰氧化石墨烯,使其表面带上负电荷,然后与末端带正电荷氨基的长链有机分子(Jeffamine M2070)进行静电相互作用,从而制备了石墨烯基类流体。刘琛阳等[31]先用氮烯化学法处理氧化石墨烯 (GO)得到表面含有羟基的GO-OH,然后SIT进行接枝反应,最后与Jeffamine M2070进行酸碱反应,制备了石墨烯基类流体,这种方法能够通过控制GO表面羟基含量来调控流体的粘弹性能。目前关于二维纳米流体理论模型研究较少, 其流动机理有待研究。

3离子纳米粒子在高分子复合材料领域的应用

由于离子纳米粒子流动性好、粘度低、高度均匀分散,且表面有机分子导电、耐高温、柔韧性好,与聚合物基体界面相容性好,能够实现其在高分子复合材料领域应用,并赋予高分子材料多功能化,越来越多的研究者把目光聚焦在纳米类流体的应用上。(1)利用纳米类流体的粘度低、结构稳定、绿色环保、能够实现无溶剂加工,从而提高材料的力学性能。 Wu Fei等[32]用带有磺酸盐官能团的硅烷接枝MWCNT,再用叔胺取代阳离子得到了MWCNT类流体,用1%(质量分数)的MWCNT类流体改性环氧树脂,发现相对纯EP树脂来说其弯曲强度和韧性分别提高了12.1%和124%。杨应奎等[5]用2,2′-(亚乙二氧基)-二乙基胺改性MWCNT制备出室温下是液态的MWCNT类流体,仅仅0.5%(质量分数) 的添加量,环氧树脂性能就得到很大提升,杨氏模量、储存模量、拉伸强度以及断裂应力相对未改性的MWCNTs,分别提高了28.4%、23.8%、22.9% 和66.1%。这是由于MWCN类流体为液态,在环氧树脂中分散性以及界面结合性更好, 因而拥有更高的力学性能强化效果。(2)利用纳米类流体表面有机长链离子的质子传导功能和分解温度高等特点实现复合材料抗静电性能和耐高温。熊传溪等[17,18]制备了炭黑类流体/PVC和碳纳米管类流体/PVC复合材料,发现碳系材料不仅能够实现聚氯乙烯增塑、增强、增韧,而且提高了复合材料耐热性,电导性能提高了1~2个数量级,在抗静电材料方面有应用潜力。(3)利用SiO2、TiO2等纳米类流体的高透明性和成膜性,制备功能性纳米涂层。John Texter等[33]在纳米SiO2表面接枝两类硅烷改性剂的纳米类流体,从而得到了带有官能反应活性的纳米类流体,与丙烯酸树脂杂化键合得到的新型复合材料不同于传统的复合材料,通过控制丙烯酸功能化纳米类流体的加入量可以得到柔韧度可控的新型材料,其储存模量也反常地保持不变或略有降低,在防护服透明涂层、塑化方面有潜在应用。(4)纳米类流体本质上是一种带有离子液体结构的功能化纳米粒子,具有与离子液体相似的零蒸汽压、非燃性、高热稳定性、高电导率等结构和特性[34],将其应用于聚合物电解质体系中能够显著改善和提高体系的电导率以及力学性能,是聚合物电解质方向的研究热点。Matsumoto等[35]在常见的聚氧化乙烯/LiTFSI聚合物电解质中加入了离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二(氟磺酸)亚胺,得到的聚合物电解质电导率达到1.16~2.09× 10-4S/m,热分解温度超过220 ℃。Karmakar等[35]用离子液体1-丁基-1-甲基吡咯二(三氟甲基磺酸)亚胺改性PEO/ LiTFSI体系同样有效地增加了体系的电导率,25 ℃下离子电导率达到3×10-4S/cm。随着纳米类流体的功能特性不断被开发,一系列的研究引起了大量科研工作者的兴趣,关于这方面的报道如雨后春笋般出现,不断完善和拓展纳米类流体的应用、纳米类流体固有的离子导电特性、易功能化等特性必将使其成为研究热点,这一新兴材料在高分子复合材料、电导等方面将具有广阔的研究潜力。

4目前存在的问题

虽然纳米类流体制备技术已经成熟,其优点是能广泛用于高分子复合材料领域,但前期研究发现纳米类流体结构-性能关系及在应用中仍存在一些问题。

(1)离子纳米粒子合成机理及成本问题。目前用于纳米粒子表面修饰的有机硅烷改性剂成本较高,制备过程中溶剂消耗量比较大,产量比较低,在相同条件下得到的流体粘度相差较大,而且工艺条件不成熟,仍无法大规模生产。在纳米粒子原材料选择上目前主要以粒子的水溶液为原料(如硅溶胶分散液)合成类流体,成本较高,较少直接采用市场购买到的粉体纳米粒子合成,另外离子液体结构与性能之间的关系研究得还不够深入,利用离子液体合成出的纳米材料种类较少,对离子液体和纳米材料之间的相互作用机理不清楚, 特别是相关理论研究比较落后,所建立模型很难解释纳米类流体的流动与结构之间联系。此外,目前研究大多侧重其流动机理研究,而有关导热导电机理研究较少,相关理论模型尚未建立。

(2)离子纳米粒子与聚合物基体界面相互作用问题。类流体作为增强材料必须要与聚合物基体界面相互作用强,这样才能使负载转移到纳米粒子上,不发生表面滑动。另外, 常规的增塑剂在高温下容易迁移到聚合物表面,降低材料力学性能,因此如何表征纳米类流体(相当增塑剂)在聚合物高温热处理过程中的迁移问题,尚无人研究。目前研究还主要采用宏观力学性能来定性表征粒子表面有机分子链与基体相互作用力。而采用流变学的方法既能较好地表征有机分子链长度、种类、接枝率等因素对界面相互作用影响,也能表征类流体在聚合物中迁移,有关工作本课题组正在开展。随着科学技术的进步,制备材料的成本降低,这种技术将来肯定能广泛运用于高分子材料领域,实现材料功能多样化,促进材料领域的发展。

摘要：有机-无机离子纳米粒子在无溶剂的条件下具备类似于液体的流动性、导电性能和耐热性能好、粒子自组装有序排列、呈现单分散核-壳粒子、结构稳定及具有绿色环保性等优点,能在纳米材料领域广泛应用。重点介绍了有机-无机离子纳米粒子的制备方法、分类、原理及在高分子复合材料领域的应用前景,并指出其在实际应用中遇到的瓶颈。

3.【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物篇三

各位评委老师，大家上午好，我是号考生，试讲的科目是生物。目前就职于。下面我开始今天的试讲，“”

四、教学过程

1、导入

问：复习细胞的多样性和统一性特别，请思考，细胞是由什么组成的呢？

问：细胞是由元素构成的，是否和自然界中的元素一样？他们是什么？他们在细胞中构成了什么物质？又与自然界的有什么不同？（通过设问，激发学生的求知欲望并切入本课的教学内容）

通过以上的问题，我们能得出生物界与非生物界存在着统一性和差异性。第一节细胞中的元素和化合物（板书）一：生物界与非生物界

1、统一性：构成的元素一样

2、差异性：含量不一样

二、组成细胞的元素

1、最基本元素：C

2、基本元素：C、H、O、N

3、主要元素：C、H、O、N、P、S

3、大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等

4、微量元素：Fe、Mn、Zn、Cn、B、Mo等

先请学生们观察教材的图2-1和图2-2，并请学生们说出或回答出（可以提问）组成人体细胞的主要的元素有哪些。最后引出前文的结论：细胞中常见的化学元素有20多种，再请学生观察教材的图2-1和图2-2，问：他们中的各元素含量的有什么特点？引出组成细胞的基本元素：C、H、O、N

最基本元素是：C

再结合课文提出的问题：C元素作为最基本的元素，对生命有什么意义？激发学生们的自主探究的学习。问：同学们，现在知道了组成细胞的元素，那么这些元素在细胞中是以什么形式存在的？（引如：组成细胞的化合物的学习）

三、组成细胞的化合物

1、无机物：水和无机盐

2、有机物：糖类、脂质、蛋白质和核酸。接着与同学们一起做课本的思考和讨论，进而提出：如何区分细胞中的有机物？引入检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的实验。

四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

1、萄糖与斐林试剂反映呈砖红色沉淀

2、脂肪与苏丹Ⅲ染液（或苏丹Ⅳ染液）反应呈橘黄色（或红色）

3、蛋白质与双缩脲试剂反应呈紫色（4）小结

组成细胞的元素中，大量元素有：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，微量元素有：Fe、Mn、Zn、Cn、B、Mo等；基本元素是：C、H、O、N，最基本元素是：C。

组成细胞的化合物有：无机物：水和无机盐，有机物：糖类、脂质、蛋白质和核酸。

4.【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物篇四

1.教学目标

1.知识与技能

（1）说出水在细胞中的存在形式和作用。（2）说出无机物在细胞中的存在形式和主要作用。2.过程与方法

（1）尝试进行自主个性化的学习。

（2）运用互联网、图书、杂志进行资料的收集和整理。（3）尝试将你所获得的信息表达出来。（4）尝试进行科普写作。3.情感态度与价值观（1）参与小组合作与交流。

（2）体验与你的同学分享通过自己的努力所获得的知识。（3）认同“细胞是多种元素和化合物构成的生命系统”。

2.教学重点/难点

教学重点

水和无机盐在细胞中的存在形式和作用。教学难点

水的存在形式，结合水与自由水的区别。

3.教学用具

多媒体

4.标签

生物,教案,人教版

教学过程［情境创设］

教师课件展示一些市面上的“运动饮料”图片，引起学生兴趣，接着教师课件中出现一个运动饮料化学成分表（可拍摄某牌子的饮料包装）。

“这是××饮料的化学成分表，表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加这些无机盐呢？那么无机盐在生活中起什么作用呢？” “另外还有一个问题，为什么人会口渴呢？”

课件呈现园艺师为植物浇水的画面，“为什么我们在种植植物时也那么强调浇水，水在细胞内起什么作用呢？” ［师生互动］

（一）细胞中的水 1.水在生物体中的含量

对绝大多数生物来说，没有水就不能存活。地球上如果没有水，也就没有生命。最早的生命也是在水中诞生的。水在细胞中含量是最多的。在不同种类的生物体中，水的含量差别较大，生物体中水的含量为60％～95％。如，幼嫩植物体中水的含量约为70％，动物体中水的含量约为80％左右。

一般来说，①水生生物的含水量大于陆生生物的含水量，例如，水母的身体里水的含量竟约为97％（显示水母的图片）。②幼年生物的含水量要大于老年生物的含水量（显示幼儿与老人的图片），所以人体老化的特征之一是身体细胞含水量的下降。③同一生物在生长发育的不同时期，含水量也是不相同的。在不同的组织、器官中，水的含量也不相同。例如，血液含水83％、肌肉含水76％、骨骼含水约25％、牙含水10％、唾液含水99.5％、脂肪组织含水20％左右，因此成人中肌肉发达而体型消瘦的人其水分所占比例高于体脂多的胖体型者。

水在生物体的含量这么高，我们平时似乎并不觉得，那水是以怎样的形式存在于生物体内的呢？ 2.水在细胞中的存在形式

水在细胞中以两种形式存在。一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫做结合水。结合水是细胞结构的重要组成成分，大约占细胞内全部水分的4.5％。细胞中绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动，叫做自由水。自由水大家是好理解的，它是可以流动，可以蒸发，可以离析的水分子，那么结合水具体是怎么回事呢？

结合水是在生物体内或细胞内与蛋白质、多糖等物质以氢键的形式相结合形成水胶体（亲水力蛋白质强于淀粉，淀粉强于纤维素），失去流动性，含量比较稳定，不易散失。结合水是细胞结构的重要组成成分，不能溶解其他物质，不参与代谢作用。结合水赋予各种组织、器官一定形状、硬度和弹性，因此某些组织器官的含水量虽多（如人的心肌含水79％），仍呈现坚韧的形态。下面我们通过几道习题来区分两者：（1）下列属于结合水的是

A.血液中的水

B.细胞液中的水

C.干种子细胞中的水

D.蒸腾作用散失的水答案：C（2）心肌的含水量为79%而呈坚韧的形态，血液的含水量为82%则是流动的液态，对这两种形态差异正确的解释是：（心肌中的是结合水，而血液中的是自由水）

自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，当生命活动旺盛时，结合水向自由水转化，反之，当生命活动缓慢时，自由水向结合水转化。自由水含量少时生命活动缓慢，有利于保存，例如：种子要晒干来保存。反之为了使种子萌发，要先将种子浸泡在水中一段时间，让种子吸水，增加自由水的含量。（3）下列结合水相对含量比较多的是

A.休眠的大豆子叶细胞

B.休眠的玉米胚乳细胞

C.洋葱的分生细胞

D.成熟西瓜的果肉细胞

自由水多代谢旺盛，显然C、D可以排除，休眠的细胞自由水少，代谢很弱，结合水是指与细胞内的亲水物质相结合的水，纤维素、淀粉、蛋白质，都是亲水物质，亲水力蛋白质强于淀粉，淀粉强于纤维素。大豆子叶细胞中蛋白质含量相对比较高，玉米的胚乳，淀粉含量相当高，因为蛋白质的亲水能力强于淀粉的亲水能力，所以休眠的大豆子叶细胞中，结合水的含量相对比较高，所以答案应该是A。3.水的重要作用

水在生物体中的含量最多，自然也有其重要的意义：水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。世界上最早的生命就是在逐渐冷却的海洋里由蛋白质和其他化合物产生出来的。植物也起源于水中，后来其中的一部分才逐渐进化为陆生植物。植物的一切正常生命活动都必须在细胞含有一定的水分状况下才能进行。天然植被的分布主要受供水情况所控制。农作物产量对供水的依赖性也往往超过了任何其他因素。“有收无收在于水”和“水利是农业的命脉”的道理就在这里。

（1）自由水是细胞内生化反应的良好溶剂：水分子具有极性，是自然界中能溶解物质最多的良好溶剂。（水的介电常数是溶液中最高的，这就意味着按单位容计算，没有任何溶剂能比水溶解更多的种类和数量的溶质，所以水成为最理想的生物溶剂）动植物体内的各种生理生化过程，如矿质元素的吸收、运输,气体交换，光合产物的合成、转化和运输以及信号物质的传导等都需以水作为介质。

（2）运输营养和废物：水在生物体内的流动（如血液），可以把其中溶解的营养物质运输到各个细胞，同时又把细胞代谢产生的废物运送到排泄器官或者直接运输到体外。

（3）结合水是组成细胞的成分：结合水通过氢键与蛋白质或多糖结合，成为细胞成分的一部分。

（4）自由水作为反应物参与细胞内一些反应：水是光合作用的原料。在呼吸作用以及许多有机物质的合成和分解过程中都有水分子参与。没有水，这些重要的生化过程都不能进行。

根据自己已有的知识和生活经验，你还能举出哪些实例，说明生命活动离不开水？（学生讨论）

①在正常情况下，一个人一天需要2千克水。当人体失去6%的水分时，就会出现口渴、尿少和发烧等症状。

②当人体失水10%～20%时，就会出现幻觉，甚至死亡。对人来说，水比食物还要重要。一个人在饥饿时，可以损失40%的体重而不致毙命，但是如果损失了20%的水分，就能死亡。

③水在机体内还具有润滑剂的功能，如关节液。没有唾液不能进行吞咽动物。④许多动植物的受精作用都离不开水。精子的移动离不开水，一些昆虫和蛙的受精卵要在水里发育。⑤„„

（二）细胞中的无机盐初中我们做实验，将骨和小麦的种子烧尽，最终都会得到一些灰白色的灰烬，请问这些灰烬是什么呢？学生：是无机盐。

1.无机盐在细胞中的存在形式：

细胞中大多数无机盐以离子的形式存在，含量较多的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。阴离子有Cl－、SO、PO、HCO等。

细胞中无机盐的含量虽少，比水远远要少，只占1%～1.5%，那无机盐在生物体内有什么作用呢？

2.无机盐在细胞中的作用：课本P35思考与讨论：

（1）为什么缺铁会导致贫血呢？

学生：血红蛋白是一种红色含铁的蛋白质，是红细胞的主要成分，功能是运输氧气和一部分二氧化碳。血红蛋白中的铁是二价铁离子，对人来说，小肠也只吸收二价铁离子，对三价铁离子是不吸收的。没有Fe2+就不能合成血红蛋白，人就会患缺铁性贫血。

（2）植物体缺镁会影响光合作用，为什么？

学生：叶绿素是绿色植物进行光合作用的色素，它能吸收光能用于光合作用。绝大多数植物叶片的颜色是绿色的，这是叶绿素显现的颜色。没有Mg2+就不能合成叶绿素，植物的叶片就会发黄，影响到光合作用的正常进行。（3）为什么现在许多食盐都是加碘盐呢？

学生：人缺碘会引起大脖子病（甲状腺肿大），如果幼年时缺碘，造成甲状腺素合成不足，继而还会引起大脑发育落后，出现呆小症。调查显示，我国普遍缺碘，因此要求在食盐中加碘来补充碘的不足。（4）你还能想到人体缺哪些无机盐会引起疾病吗？学生：缺钙会引起佝偻病。血钙太低还可能会引起抽搐。（5）为什么老年人容易骨折而青少年的骨容易变形？

学生：骨是由有机物和无机物构成，骨的有机物使骨具有韧性，而使骨具有硬度，骨整体的弹性和硬度也就是由这两种化学成分的比例而决定。骨中有机物与无机物的比率会随着年龄的改变而发生变化，成年人的骨含有2/3的无机物和1/3的有机物，这样的比率使骨有最大的坚固性。根据力学测定，每平方厘米的股骨能承受170至220千克的抗压（缩）强度（轴向）。由于儿童的骨是有机成分大而无机成分小，故硬度差，但韧性及可塑性大。虽然不易骨折，但却容易弯曲变形。因此，儿童应特别注意良好的坐立姿势。反之，老年人骨中的无机物随年日而增多，有机物却相对地减少，所以骨较脆而易折断，而且不易愈合。因此，老年人不宜从事太过剧烈和幅度大的活动。（6）初中提过无机盐对植物有哪些作用呢？

学生：含氮的无机盐促进细胞分裂和生长，使枝叶繁茂。含磷的无机盐促进幼苗发育和花开放，果实种子提早成熟。含钾的无机盐使植物茎秆健壮，促进淀粉的形成。

课堂小结

到这里，我们就讲完了细胞内的六大类化合物。总结一下：细胞是多种元素和化合物构成的生命系统。C、H、O、N等化学元素在细胞内含量丰富，是构成细胞中主要化合物的基础。以碳链为骨架的糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机化合物，构成细胞生命大厦的基本框架；糖类和脂肪提供了生命活动的主要能源；水和无机盐与其他物质一道，共同承担起构建细胞、参与细胞生命活动等重要生理功能。活细胞中的这些化合物，含量和比例处在不断变化之中。但又保持相对稳定，以保证细胞生命活动的正常进行。

课后习题

1.某地区晒干的小麦种子的含水量约为14%，此时活细胞内水分 A.全部为自由水

B.全部为结合水

C.主要为自由水

D.主要为结合水

2.在患急性肠炎时，要及时注射生理盐水；不慎外伤后要用0.9%的盐水清洁伤口；在高温作业时，要喝淡盐水。以下各项中属于以上三种做法的主要原因依次是

①消毒

②维持水分代谢的平衡

③维持无机盐代谢的平衡

④降温

⑤是细胞的等渗溶液并有清洁作用

A.①②④

B.③②⑤

C.②⑤③

D.②③④ 参考答案： 1.D 2.C

板书

第5节

细胞中的无机物

一、细胞中的水

1.水在生物体中的含量：60%～95% 水生生物>陆生生物幼年生物>老年生物

2.水在细胞中的存在形式：结合水（4.5%）和自由水（95.5%）3.水在细胞中的功能： ①细胞内生化反应的良好溶剂； ②运输营养和废物； ③组成细胞成分；

④作为反应物参与细胞内一些反应。

二、细胞中的无机盐

5.细胞中的无机物说课稿篇五

1、存在形式

自由水：可以自由流动，以有力形式存在，

占细胞内全部水的95%以上。

结合水：与细胞内其他物质相结合，约占细胞内全部水的4.5%。

2、作用

自由水：运送养料和代谢废物;

是细胞内的良好溶剂;

为细胞提供液体生活环境;

参与细胞内的生化反应。

结合水：细胞的重要组成成分。

二、细胞中的无机盐

1、无机盐在细胞中的存在形式：离子形式(主要)

阳离子：Na+k+Ca2+Mg2+Fe2+Fe3+

阴离子：Cl-SO42- PO43-HCO3-

2、含量：很少，仅占1%-1.5%

3、作用：构成细胞某些复杂化合物的重要组成成分

维持细胞和生物体的生命活动

维持细胞和生物体的酸碱平衡

6.元素化合物知识的教学反思篇六

对比《全日制普通高级中学化学教学大纲》和《高中化学课程标准》可以看出，传统高中化学课程与高中化学新课程所涉及的元素化合物知识在教学内容和学习方法上都有很大的改变。

在教学内容上，传统高中化学课程元素化合物教学内容是素自然族的方式编排的，教材容量较大，课时安排较多；而高中化学新课程元素化合物教学内容是从物质分类的角度对元素的单质及其化合物进行处理，使得元素的单质及其化合物知识由现行高中化学教材（人教版）中的六章内容缩减为新课标教材（人教版）中的两章内容，系统学习的分量大大减少，教学反思《元素化合物知识的教学反思》。新课程元素化合物教学内容向少而精变化，是化学科学发展对中学化学教学内容选择影响的反映。随着化学科学的发展，特别是物质结构、化学热力学等理论研究和方法、手段的进步，中学化学教学的主要内容必然要发生变化：在学习宏观物质的组成、变化内容的同时，融合并加强了微观结构与反应原理规律的学习，突出了化学从原子、分子层次研究物质的特点。由于学习内容拓宽，学时和教材篇幅又不能无限制的增加，元素化学的教学内容就要压缩，力求“少而精”。然而，这并不意味着要削弱元素化合物的教学。相反，新课程的实施，加强了化学教学内容与生产生活、自然界中与化学有关事物的联系，拓宽并加强了概念原理的教学、探究能力的培养，将有利于学生从较高的层次上把握元素化合物的知识，提高学生从各种信息渠道主动地获取元素化合物知识的能力，提高化学学习和研究的综合能力。

7.【教学设计】细胞中的元素、化合物及无机物篇七

2.5细胞中的无机物课后作业

新人教版必修1

一、选择题(每小题5分，共60分)

1．收获的水稻等谷类经日光曝晒后，可保存较长时间，其主要原理是()

A．自由水减少，代谢水平下降

B．结合水减少，代谢水平下降

C．结合水增多，代谢水平升高

D．自由水增多，代谢水平升高

【解析】　水稻等谷类经日光曝晒，丢失的是自由水，自由水减少，新陈代谢水平下降，有利于种子的保存，故选A。

【答案】　A

2.下列关于生物体内水和无机盐的说法，正确的是()

A．是细胞中的能源物质之一

B．哺乳动物血液中钙离子含量过多会引起抽搐

C．能维持生物体的正常生命活动

D．生物体处在不同发育期，含水量一样

【解析】　水和无机盐不能为细胞的生命活动提供能量，不是细胞中的能源物质，A项错误；哺乳动物血液中钙离子含量太低会引起抽搐，B项错误；许多无机盐离子对于维持生物体的正常生命活动有重要作用，C项正确；生物体在不同的生长发育时期，含水量不同，D项错误。

【答案】　C

3．下列有关细胞物质组成的叙述，正确的是()

A．在人体活细胞中氢原子的数目最多

B．DNA和RNA分子的碱基组成相同

C．多糖在细胞中不与其他分子相结合D．蛋白质区别于脂质的特有元素是氮

【解析】　人体活细胞中含量最多的化合物是H2O，活细胞中氢原子的数目最多，A项正确；DNA中的碱基是A、T、C、G四种，RNA中的碱基是A、U、C、G四种，B项错误；多糖可以和蛋白质结合成糖蛋白，也可和脂质结合成糖脂，C项错误；蛋白质中含有氮元素，脂质中的磷脂也含有氮元素，所以氮元素不是蛋白质区别于脂质的特有元素，D项错误。

【答案】　A

4.关于生物体内水和无机盐的叙述，不正确的是()

A．长时间剧烈运动导致血钙下降，会引起抽搐

B．新鲜的谷物在晾晒过程中失去的主要是结合水

C．植物在冬季来临之前，自由水/结合水比值会下降，从而适应寒冷环境

D．水影响光合作用强度的主要原因是水影响气孔的开与关

【解析】　长时间剧烈运动，大量出汗，会导致血钙等无机盐下降，会引起抽搐，A正确；谷物在晾晒过程中失去的主要是自由水，B错误；冬季植物体内结合水增多，自由水/结合水比值会下降，适应寒冷环境，C正确；植物水分缺少时，气孔关闭，影响二氧化碳进入，从而影响光合作用强度，D正确。

【答案】　B

5．微量元素在生物体内含量虽然很少，却是维持正常生命活动不可缺少的。下面的几个实例中能证实这一说法的是()

A．人的血液中Fe含量太低会贫血

B．油菜缺N时会影响蛋白质合成C．人的血液中Ca含量太低会抽搐

D．油菜缺Mg时会影响叶绿素合成【解析】　Fe属于微量元素，人的血液中Fe含量太低会贫血，能证实“微量元素在生物体内含量虽然很少，却是维持正常生命活动不可缺少的”这一说法，A项正确；N、Ca、Mg元素都属于大量元素，故B、C、D项错误。

【答案】　A

6.下列关于无机盐的叙述，正确的是()

A．细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在B．Fe是血红蛋白的成分之一，缺Fe影响氧气运输

C．K是叶绿素的成分之一，缺K影响光合作用进行

D．S是蛋白质中的必有元素，缺S蛋白质不能合成【解析】　细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在，A项错误；血红蛋白具有运输氧气的功能，Fe是血红蛋白的成分之一，所以缺Fe将影响氧气运输，B项正确；Mg是叶绿素的成分之一，缺Mg影响光合作用进行，C项错误；蛋白质中的必有元素是C、H、O、N，有些蛋白质含有S元素，D项错误。

【答案】　B

7.下列关于水和无机盐的叙述，错误的是()

A．哺乳动物血液中钙离子含量太低，会出现抽搐等症状

B．无机盐对于维持人体内的水盐平衡和酸碱平衡都有重要作用

C．生物体的含水量会因生物的种类、生物所处的生长发育期不同而有所不同

D．细胞代谢过程中，线粒体、核糖体和中心体中都有水生成【解析】　哺乳动物血液中必须含有一定量的钙离子，如果钙离子的含量太低，会出现抽搐等症状，A项正确；人体细胞外液渗透压的90%以上来源于Na＋和Cl－，血浆的pH之所以能够保持在7.35～7.45范围内，与它含有HCO、HPO等离子有关，所以无机盐对于维持人体内的水盐平衡和酸碱平衡都有重要作用，B项正确；生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别，生物体在不同的生长发育期，含水量也不同，C项正确；有氧呼吸第三阶段是在线粒体内膜上进行的，前两个阶段产生的[H]经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，氨基酸的脱水缩合形成多肽的过程是在核糖体上进行的，有水生成，中心体与细胞有丝分裂有关，不能生成水，D项错误。

【答案】　D

8．每年3月22日是“世界水日”。水污染、水资源短缺等问题日趋严重。研究表明，全世界80%的疾病是由水污染引起的。下列有关人体内水的叙述，不正确的是()

A．人体肝细胞中的水有自由水和结合水两种形式

B．在胰岛素的合成过程中伴随着水的生成C．冬季，植物体内结合水含量相对减少，抗寒能力提高

D．水在生物体内的化学反应中可充当反应物

【解析】　水的存在形式有自由水和结合水，A正确；胰岛素是蛋白质，在核糖体上由氨基酸脱水缩合形成，能产生水，B正确；冬季，结合水越多，抗寒能力越强，C错误；水在生物体内的化学反应中可充当反应物，如光反应中水的光解等，D正确。

【答案】　C

9．下表是部分生物体中水分的含量，表中数据说明()

生物

水母

鱼类

蛙

哺乳动物

藻类

高等动物

含水量(%)

80～85

60～80

①代谢旺盛的组织器官含水量较多　②生物体中水分的含量超过了50%，是各种化学成分中最多的　③水生生物体内的含水量比陆生生物体多　④同一生物体不同的器官组织水的含量差异很大

A．①②③④　　　　　　B．②③

C．②③④

D．①③

【解析】　分析表中数据可知生物体中水分的含量超过了50%，是各种化学成分中最多的；同时水生生物体内的含水量比陆生生物体多；不能反映出代谢旺盛的组织器官含水量较多，也不能反映出同一生物体不同的器官组织水的含量差异很大，所以选B。

【答案】　B

10.生物体的生命活动离不开水，下列关于水的叙述中，不正确的一项是()

A．由氨基酸形成多肽链时，生成物H2O中的氢来自氨基和羧基

B．正在萌发的种子中自由水与结合水的比值上升

C．在线粒体、叶绿体和核糖体中进行的化学反应都有水生成D．在天然无污染的泉水中，含有B、Fe、K、Zn、Cu等人体必需的微量元素

【解析】　氨基酸脱水缩合形成多肽链时，产物H2O中的氢来自氨基和羧基，A正确。萌发的种子代谢增强，自由水与结合水的比值上升，B正确。线粒体中进行的有氧呼吸第三阶段有水生成，叶绿体中光合作用有水生成，氨基酸在核糖体中脱水缩合产生水，C正确。K是大量元素，D错误。

【答案】　D

11．美国宇航局于2004年3月2日公布了“机遇”号火星探测车对火星进行探测的详细资料，有明确的数据表明，火星过去曾有丰富的水资源，于是推测火星上可能存在过生命。这一推测的理由是()

A．水是细胞内含量最多的化合物

B．结合水是细胞和生物体的成分

C．一切生命活动都离不开水

D．代谢旺盛的细胞水的含量高

【解析】　水是生命之源，生命起源于水且生命活动离不开水，C项正确。

【答案】　C

12.结合下列曲线，有关无机物在生物体内含量的说法，错误的是()

A．曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄变化的曲线

B．曲线②可表示细胞代谢强度随自由水与结合水比值的变化

C．曲线③可以表示一粒新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中，其内无机盐的相对含量变化

D．曲线①可以表示人从幼年到成年体内水含量的变化

【解析】　人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄增大而减小，A正确；一般来说，细胞内的结合水含量是相对稳定的，但自由水的含量变化较大；衰老的细胞中自由水含量减少，细胞内自由水与结合水的比值也将减小；自由水是细胞内的良好溶剂，细胞内许多化学反应都需要有水的参与，所以细胞内自由水比值升高后，代谢增强，细胞呼吸速率应加强，B正确；玉米种子被烘干的过程中所含水分越来越少，其内的无机盐相对含量逐渐增加，最后达到一恒定值，C错误；人体衰老的特征之一就是水的含量减少，幼儿体内水的含量远远高于成年人体内水的含量，D正确。

【答案】　C

二、非选择题(共40分)

13．(6分)有机化合物中具有不同的化学基团，它们对水的亲和力不同，易与水结合的基团称为亲水基团(如—NH2、—COOH、—OH)，具有大量亲水基团的蛋白质、淀粉等易溶于水；难与水结合的基团称为疏水基团，如脂质分子中的碳氢链。脂质分子往往有很长的碳氢链，难溶于水而聚集在一起。请回答：

(1)等量亲水性不同的两种物质分散在甲、乙两个含有等量水的容器中，如图所示，容器中的自由水量甲比乙________。

(2)相同质量的花生种子(含油脂多)和大豆种子(含蛋白质多)，当它们含水量相同时，自由水含量较多的是________种子。

(3)以占种子干重的百分比计算，种子萌发时干燥大豆种子的吸水量比干燥花生种子的吸水量________。

【解析】

(1)根据题意可知，甲容器中的物质含有大量的亲水基团，易溶于水，容器中的自由水较少；乙容器中的物质含有大量的疏水基团，难溶于水，容器中的自由水较多。(2)由于花生种子含油脂(疏水物质)多，而大豆种子含蛋白质(亲水物质)多，当它们含水量相等时，花生种子中的自由水比大豆种子中的多。(3)当它们萌发时，由于蛋白质(亲水物质)比脂肪(疏水物质)的吸胀作用强，所以大豆种子的吸水量比花生种子的吸水量多。

【答案】(1)少(2)花生(3)多

14．(24分)根据细胞中无机盐的功能，回答有关问题。

(1)如图所示是构成细胞的某些化合物的元素组成情况，并且丙主要分布在细胞核内。请推测甲、乙、丙最可能表示的物质及其所能表现的生理功能。

甲：________；生理功能为______________________________________________。

乙：________；生理功能为______________________________________________。

丙：________；生理功能为______________________________________________。

(2)分析下列事例：

事实一：在正常人的血浆中，NaHCO3的含量约为H2CO3含量的20倍。当血浆中NaHCO3的含量减少时，会形成酸中毒；当血浆中的H2CO3含量减少时，则形成碱中毒。

事实二：在初生蝌蚪或幼小植物体内，当自由水的比例减小时，机体代谢强度降低；当自由水的比例增大时，机体代谢活跃。

事实三：Mg2＋是叶绿体内某种色素分子必需的成分，Fe2＋是血红蛋白的重要成分，碳酸钙是动物和人体的骨骼和牙齿的主要成分。

①事实一表明某些无机盐可调节细胞的________。

②你对事实二中的现象的全面解释是：________是良好的溶剂，是________反应的介质并参与某些反应。