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2019-2020年高中生物 《細(xì)胞中的元素和化合物》教案6 新人教版必修1 一、 教學(xué)目標(biāo) 1.簡(jiǎn)述組成細(xì)胞的主要元素。說出構(gòu)成細(xì)胞的基本元素是碳。 2.嘗試檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)，探討細(xì)胞中主要化合物的種類。 3.認(rèn)同生命的物質(zhì)性。 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1.教學(xué)重點(diǎn) （1）組成細(xì)胞的主要元素和化合物。 （2）檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。 2.教學(xué)難點(diǎn) （1）構(gòu)成細(xì)胞的基本元素是碳。 （2）檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。 三、教學(xué)策略 1.利用“問題探討”創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在觀察、討論、交流中學(xué)習(xí)新知識(shí)。 本節(jié)的主要目的是讓學(xué)生了解細(xì)胞的物質(zhì)組成，認(rèn)同生命的物質(zhì)性。由于學(xué)生在初三已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)的基本知識(shí)，所以在進(jìn)入這部分學(xué)習(xí)時(shí)，通過讓學(xué)生比較組成地殼和組成細(xì)胞的部分元素的含量，提出自己發(fā)現(xiàn)的問題，在與其他同學(xué)的交流中，認(rèn)識(shí)到組成生物體的元素與組成地殼的元素有相似性又有區(qū)別。針對(duì)學(xué)生提出的問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生分別觀察組成人體細(xì)胞的主要元素（占細(xì)胞鮮重的百分比）圖和組成人體細(xì)胞的主要元素（占細(xì)胞干重的百分比）圖，之后再介紹組成細(xì)胞的大量元素和微量元素。 2.利用化學(xué)知識(shí)解決碳為什么是構(gòu)成細(xì)胞的基本元素這個(gè)問題。 如果學(xué)生對(duì)原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)有較好的基礎(chǔ)，建議教師引導(dǎo)學(xué)生回憶碳原子核外電子分布特點(diǎn)，以及碳的性質(zhì)，為學(xué)生理解碳鏈?zhǔn)菢?gòu)成生物大分子的骨架奠定基礎(chǔ)。 學(xué)生熟悉元素周期表，很容易找到碳所在的第14族位置，它的原子序數(shù)是6，說明一個(gè)碳原子核中含有6個(gè)質(zhì)子，核外有6個(gè)電子，由于電子排布的不同，在最外層有4個(gè)電子，這樣，碳原子就具有了4個(gè)能夠成鍵的價(jià)電子。正是這4個(gè)價(jià)電子，能夠使碳原子之間、碳原子與其他元素的原子之間結(jié)合形成更多的化學(xué)鍵。由于每個(gè)碳原子可以形成4個(gè)化學(xué)鍵，所以就有可能形成含有成千上萬個(gè)甚至更多個(gè)碳原子的物質(zhì)。利用學(xué)生已有的化學(xué)知識(shí)就能夠理解C元素對(duì)于生命的重要意義了。 3.利用表解和“思考與討論”獲得組成細(xì)胞的化合物的知識(shí)，提高學(xué)習(xí)能力。 在學(xué)習(xí)組成細(xì)胞的化合物時(shí)，如果由教師直白地講解細(xì)胞的化合物組成，不利于學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)。因此，教師可以利用“思考與討論”中的問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察教材中的表解，獲得相應(yīng)的知識(shí)信息，提高學(xué)習(xí)能力。 4.利用化學(xué)試劑與糖類、脂肪和蛋白質(zhì)顏色反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)原理，開展實(shí)驗(yàn)研究。 本實(shí)驗(yàn)如果單純上成一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。由于學(xué)生在“思考與討論”中涉及細(xì)胞中的化合物的種類、含量，以及如何從植物組織中提取有機(jī)化合物的問題，所以，教師可以結(jié)合學(xué)生對(duì)上述問題的回答或推測(cè)作為實(shí)驗(yàn)研究的起點(diǎn)。 教師可以通過演示糖類、脂肪和蛋白質(zhì)與化學(xué)試劑的顏色反應(yīng)，使學(xué)生明確生物組織中主要化合物的鑒定方法，再指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己選擇的實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 本實(shí)驗(yàn)難度不大，但是實(shí)驗(yàn)材料、化學(xué)試劑、用具及步驟較多，因此，教師課前應(yīng)準(zhǔn)備充分，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。 四、答案和提示 （一）思考與討論 1.提示：有機(jī)化合物和無機(jī)化合物的區(qū)別主要看它們的分子組成中是否有碳元素，如糖類是有機(jī)化合物，由碳、氫、氧三種元素組成；水是無機(jī)化合物，由氫、氧兩種元素組成。當(dāng)然這不是嚴(yán)格意義上的區(qū)別。對(duì)這兩類化合物的嚴(yán)格區(qū)分，請(qǐng)參照化學(xué)教科書。 2.提示：細(xì)胞中最多的有機(jī)化合物是蛋白質(zhì)，無機(jī)化合物是水。蛋白質(zhì)是組成生物體的重要物質(zhì)，在生命活動(dòng)中起重要作用；水是生命之源，離開水，生命活動(dòng)就無法進(jìn)行。 3.提示：植物的葉肉細(xì)胞、果實(shí)細(xì)胞和種子的細(xì)胞中通常含有較多的糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。如禾谷類的果實(shí)、種子中含淀粉（多糖）較多；甘蔗的莖和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻種子中含脂質(zhì)多；大豆種子中含蛋白質(zhì)多，等等。要想從植物的果實(shí)、種子中獲得糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，就要設(shè)法使細(xì)胞破碎，再將這些物質(zhì)提取出來。 （二）實(shí)驗(yàn) 3.生物材料中有機(jī)化合物的種類、含量不同。因此，我們應(yīng)選擇多種多樣的食物，保證獲得全面的營(yíng)養(yǎng)。 （三）練習(xí) 基礎(chǔ)題 1.（1）；（2）√。 3.B。 拓展題 1.提示：細(xì)胞是有生命的，它可以主動(dòng)地從環(huán)境中獲取生命活動(dòng)需要的元素。這是生物與非生物的區(qū)別之一。 2.提示：不能。生命系統(tǒng)內(nèi)部有嚴(yán)謹(jǐn)有序的結(jié)構(gòu)，不是物質(zhì)隨意堆砌而成的。 五、參考資料 1.研究細(xì)胞中元素和化合物的基本方法 元素是對(duì)具有相同核電荷數(shù)的一類原子的總稱。不同元素的發(fā)光光譜（元素的原子受到刺激時(shí)所呈現(xiàn)的特有顏色）是不一樣的，由元素發(fā)出來的光譜，用分光器（棱鏡或光柵）大體上可以辨別是什么顏色。另外，也可以由元素的吸收光譜來判斷。 每種化合物都有它獨(dú)特的紅外光譜，可以作為化合物的“指紋”。鑒定一種化合物，要先根據(jù)化合物的來源和其他性質(zhì)提出有限的幾個(gè)可能化合物，然后把它的光譜和這些已知化合物的光譜相比較。另外，還可以用電子光譜、旋光度、核磁共振、質(zhì)譜法、X射線、衍射等方法來進(jìn)行分析。 2.植物體和土壤的部分元素含量的比較 表7 植物體和土壤部分元素含量比較表 元素 植物的平均組成 （新鮮物重量比例）/% 土壤的平均 組成/% C H Ca K N Si Mg P S Na Cl Fe 70 18 10.5 0.5 0.3 0.3 0.2 0.04 0.07 0.05 0.02 0.02 0.01 50 2 - 1.4 1.5 0.1 34 0.6 0.1 0.05 0.7 0.01 4 3.檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪、蛋白質(zhì)的其他簡(jiǎn)易方法 （1）檢測(cè)生物組織中糖類的其他簡(jiǎn)易方法 Molisch反應(yīng)（α- 萘酚反應(yīng)） 此方法是鑒定糖類最常用的顏色反應(yīng)。它的原理是：糖類在濃酸作用下所形成的糠醛及其衍生物可以與α- 萘酚作用，形成紅紫色復(fù)合物。由于在糖溶液與濃硫酸兩液面間出現(xiàn)紅紫色的環(huán)，因此又稱紫環(huán)反應(yīng)。α- 萘酚也可用麝香草酚或其他的苯酚化合物代替，麝香草酚溶液比較穩(wěn)定，其靈敏度與α- 萘酚一樣。除了糖類之外，各種糠醛衍生物、葡萄糖醛酸、丙酮、甲酸、乳酸等都可以呈現(xiàn)近似的陽(yáng)性反應(yīng)。因此，陰性反應(yīng)證明沒有糖類物質(zhì)的存在；而陽(yáng)性反應(yīng)只能說明有糖類存在的可能。 蒽酮反應(yīng) 糖類經(jīng)濃酸水解，脫水生成的糠醛及其衍生物與蒽酮（10-酮-9，10-二氫蒽）反應(yīng)生成藍(lán)綠色復(fù)合物。 Benedict反應(yīng) 班氏試劑是斐林試劑的改良（也是含有Cu2+的堿性溶液），能使具有自由醛基或酮基的糖類氧化，其本身則變成磚紅色或黃色的Cu2O，可用來測(cè)定還原糖的存在。它利用檸檬酸作為Cu2+的絡(luò)合劑，其堿性比斐林試劑弱，靈敏度高，干擾因素少，因而在實(shí)際應(yīng)用中有更多的優(yōu)點(diǎn)。 Bial反應(yīng)（甲基間苯二酚反應(yīng)） 戊糖與濃鹽酸加熱形成糠醛，在有Fe3+存在的條件下，它與甲基間苯二酚（地衣酚）縮合，形成深藍(lán)色的沉淀物（此沉淀物溶于正丁醇）。己糖也能發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生灰綠色甚至棕色的沉淀物。 （2）檢測(cè)生物組織中脂肪的其他簡(jiǎn)易方法 油點(diǎn)試驗(yàn)（spot test） 將含有脂肪的混合物磨碎后擦在一片濾紙（或牛皮紙）上，然后朝向光源觀看，應(yīng)該有半透明的油點(diǎn)出現(xiàn)。此油點(diǎn)不能揮發(fā)掉。當(dāng)濾紙浸過苯（或醚、異丙醇等）后，油點(diǎn)消失；或?qū)⒒旌衔锬ニ楹笕苡诒揭褐?，然后過濾。取一濾紙放入濾液中，取出后讓苯揮發(fā)，朝向光源觀看，如有半透明油點(diǎn)存在，則證明混合物中含有脂肪。 乳液形成試驗(yàn)（emulsion test） 將一含有脂肪的混合物溶液稍微加熱，加入少量乙醇，搖勻后靜置。脂肪可分散成許多微粒，形成白色乳狀液。 （3）檢測(cè)生物組織中蛋白質(zhì)的其他簡(jiǎn)易方法 對(duì)各種氨基酸特異的某些顏色反應(yīng)（見表8），可用來檢測(cè)含有這些氨基酸的蛋白質(zhì)。這些顏色反應(yīng)包括Millon反應(yīng)、黃蛋白反應(yīng)、茚三酮反應(yīng)以及Hopkins-Cole(水合乙醛酸)反應(yīng)等。 Millon反應(yīng) 米倫試劑為硝酸、亞硝酸、硝酸汞、亞硝酸汞的混合物，能與單酚及雙酚和吲哚衍生物產(chǎn)生顏色反應(yīng)，但不能檢驗(yàn)?zāi)虻鞍住? 茚三酮反應(yīng) 蛋白質(zhì)、多肽和各種氨基酸具有茚三酮反應(yīng)。除無α氨基的脯氨酸和羥脯氨酸呈黃色外，其他氨基酸生成紫紅色，最終為藍(lán)色化合物。 黃蛋白反應(yīng) 它是芳香族氨基酸，特別是酪氨酸和色氨酸蛋白質(zhì)所特有的顏色反應(yīng)。 表8 部分氨基酸的顏色反應(yīng) 所測(cè)定的氨基酸 名稱 試劑 顏色 精氨酸 半胱氨酸 半胱氨酸 組氨酸，酪氨酸 色氨酸 色氨酸 酪氨酸 酪氨酸 酪氨酸，色氨酸 苯丙酪氨酸 Sakaguchi(坂口)反應(yīng) 硝普鹽反應(yīng) Sullivan反應(yīng) Pauly反應(yīng) 水合乙醛酸反應(yīng) （Hopkins-Cole反應(yīng)） Ehrlich反應(yīng) Millon反應(yīng) Folin-Ciocalteu反應(yīng) 黃蛋白反應(yīng) α- 萘酚和次氯酸鈉 硝普鈉（亞硝基鐵氰化鈉）溶于稀氨溶液中 萘醌-[1,2］-4-磺酸鈉和亞硫酸氫鈉 重氮化的對(duì)氨基苯磺酸溶于堿性溶液 水合乙醛酸溶于硫酸中 對(duì)二甲基氨基苯醛溶于鹽酸中 硝酸汞溶于亞硝酸，加熱 磷鉬鎢酸 煮沸的濃硝酸 紅 紅 紅 紅 紫 藍(lán) 紅 紅 黃