新教材适用2023_2024学年高中生物第5章细胞的能量供应和利用第3节细胞呼吸的原理和应用第1课时细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程学案新人教版必修1

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第1课时　细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程课标要求1．分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。2．概述有氧呼吸的三个阶段，写出有氧呼吸的反应式。3．探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会控制和检测实验变量。核心素养1．生命观念——结构与功能观：线粒体结构与细胞呼吸的关系。2．科学思维——分析与综合：分析有氧呼吸的三个阶段，理解细胞呼吸的实质。3．科学探究——根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。知识点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式必备知识·夯实双基活学巧练1.只检测有无CO2产生即可确定酵母菌的呼吸方式。( × )2．根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生量的多少。( √ )3．酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应产生灰绿色。( × )深入探讨酿酒业常用的菌种是酵母菌，发酵池往往封入一部分空气，为什么？提示：酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。课内探究·名师点睛1．实验原理(1)酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。(2)呼吸产物——CO2和酒精的检测①澄清石灰水变混浊，且混浊程度与CO2产量有关；②蓝色的溴麝香草酚蓝溶液变绿再变黄，且变黄时间长短与CO2产量有关；③橙色重铬酸钾溶液eq \o(――――→,\s\up7(＋酒精),\s\do5(酸性))变灰绿色。2．实验分析①通入甲中A瓶的空气需先通过NaOH溶液的目的是保证进入A瓶的气体中不含有CO2，保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸产生的。②乙中B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌无氧呼吸产生的。知识贴士酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。典例剖析典例1 下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述正确的是( C )A．选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养、兼性厌氧型微生物，易于培养B．通过设置有氧(对照组)和无氧(实验组)的对照，易于判断酵母菌的呼吸方式C．将实验装置连接后需要进行气密性检查，确保不漏气D．实验的因变量是澄清石灰水是否变混浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化解析： 酵母菌是单细胞生物，属于异养、兼性厌氧型微生物，易于培养，A错误；通过设置有氧和无氧两个实验组进行相互对照，易于判断酵母菌的细胞呼吸方式，B错误；实验的因变量是澄清石灰水的混浊程度和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化，D错误。变式训练❶ (2022·福建龙岩一中期末)如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置，下列有关叙述错误的是( B )A．A瓶加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2B．若向B瓶和D瓶中加入重铬酸钾的浓硫酸溶液，则D瓶内的溶液会变黄C．可根据溴麝香草酚蓝溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生情况D．装置乙D瓶先封口放置一段时间的目的是消耗瓶中的O2以形成无氧的环境解析： 装置甲中酵母菌进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水，装置乙中酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，故向B瓶和D瓶中加入重铬酸钾的浓硫酸溶液，则D瓶内的溶液会变成灰绿色，B错误。 知识点二　有氧呼吸必备知识·夯实双基活学巧练1.有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。( √ )2．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。( × )3．有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。( × )深入讨论1.有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？提示：有氧呼吸过程中第一、二阶段有[H]产生，其去向是在第三阶段与氧气结合形成水。2．有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？提示：有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。课内探究·名师点睛1．线粒体的结构(如右图所示)(1) 双层膜eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(外膜：使线粒体与周围的,细胞质基质分开,内膜：有许多种与有氧呼,　　吸有关的酶))(2)嵴：由内膜的某些部位向内腔折叠形成。嵴使内膜的表面积大大增加，更有利于有氧呼吸的进行。(3)基质：嵴的周围充满液态的基质。线粒体基质中含有少量的DNA和RNA，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。2．有氧呼吸的过程特别提醒：反应式中左右两边的水不能抵消，原因是左边的水是用于生成[H]和部分CO2的，而右边的水分子中的氧原子全部来自O2。CO2中的氧原子一半来自C6H12O6，一半来自参与反应的水分子。3．有氧呼吸过程中的产能及能量利用率(1)产能 1 mol葡萄糖(2 870 kJ)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(32 mol ATP―→为各项生,　命活动供能(977.28 kJ),大量的热量―→维持体温,　的恒定等(1 892.72 kJ)))(2)能量利用率：葡萄糖有氧分解时，能量利用率为eq \f(977.28,2 870)×100%≈34.05%，还有约65.95%的能量以热能的形式散失。易错提醒：(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。(2)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体，只能进行无氧呼吸。线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，但能进行有氧呼吸。典例剖析典例2 (2022·山东青岛高一学业考试)研究者将青蛙细胞放在低渗溶液中涨破、离心得到线粒体外膜及膜间隙成分、内膜、线粒体基质等，下列相关叙述错误的是( B )A．线粒体外膜先破裂是因为外膜面积比内膜小B．线粒体可在有氧条件下将葡萄糖分解为CO2和水C．处理线粒体过程中，可得到丙酮酸、核苷酸和氨基酸等成分D．青蛙进行各项生命活动所需的ATP主要来自线粒体解析： 线粒体可在有氧条件下将丙酮酸分解为CO2和水，B错误。变式训练❷ 如图表示细胞有氧呼吸的过程，其中①～③代表有关生理过程发生的场所，甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是( D )A．①、②和③分别是细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质B．①和②所含酶的种类相同C．②和③都能产生大量ATPD．甲、乙分别代表丙酮酸、[H]解析： 图中①是细胞质基质，②表示线粒体基质，③表示线粒体内膜；①中进行的是细胞呼吸的第一阶段，②中进行的是有氧呼吸的第二阶段，所以所含酶的种类不同；②中进行的是有氧呼吸的第二阶段，只能产生少量ATP，③中进行的是有氧呼吸的第三阶段，能产生大量ATP。1．探究酵母菌细胞呼吸方式实验的条件控制(1)有氧条件：装置甲连通橡皮球(或气泵)，让空气间歇性地依次通过三个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使空气先经过盛有NaOH溶液的锥形瓶，除去空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。(2)无氧条件：装置乙中B瓶应封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中的O2消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2使澄清的石灰水变混浊。2．对比实验设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。在本节课的探究活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，它们之间形成相互对照，没有另设对照组，都是实验组。典例3 (2023·广东实验中学高一月考)某同学为了研究酵母菌细胞呼吸的方式，制作了如下图所示的实验装置。甲、乙瓶中各加等量的经煮沸后冷却的葡萄糖溶液，并加入等量的酵母菌，乙瓶内用液体石蜡隔绝空气。对该实验的分析，错误的是 ( D )A．该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的细胞呼吸方式B．将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染，以免影响实验结果C．乙瓶中通过滴加酸性重铬酸钾溶液鉴定是否有酒精生成D．乙瓶为甲的空白对照实验，以排除无关因素对酵母菌细胞呼吸的影响解析：酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生CO2，因此不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的细胞呼吸方式，A项正确；将葡萄糖溶液煮沸可以杀菌，防止杂菌的细胞呼吸对实验结果产生影响，B项正确；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下遇酒精变成灰绿色，以此鉴定是否有酒精生成，C项正确；甲、乙都是实验组，该实验为对比实验，D项错误。学霸记忆1.CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。2．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下可与酒精发生化学反应，变成灰绿色。3．有氧呼吸的反应式为：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。1．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( A )A．通过检测CO2是否生成可判断酵母菌细胞呼吸的方式B．实验使用的酵母菌培养液是适宜质量分数的葡萄糖溶液C．实验应该设计有氧条件和无氧条件下的对比实验，分别分析酵母菌细胞呼吸情况D．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇反应变成灰绿色 解析：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都产生二氧化碳，因此通过检测CO2是否生成不能判断酵母菌细胞呼吸的方式，A错误；实验使用的酵母菌培养液是适宜质量分数的葡萄糖溶液，否则浓度过高，会导致酵母菌失水死亡，B正确；有氧条件和无氧条件分别对应探究有氧呼吸和无氧呼吸能否发生，所以实验应该设计有氧条件和无氧条件下的对比实验，分别分析酵母菌细胞呼吸情况，C正确；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇反应变成灰绿色，D正确。故选A。2．(2022·江西南昌一中月考)有氧呼吸是细胞呼吸的主要方式，下列关于有氧呼吸的叙述正确的是( D )A．有氧呼吸每个阶段都生成ATP，第三阶段生成量最少B．有氧呼吸的每个阶段都有O2参与C．[H]在第一、二、三阶段产生，作用是还原O2生成H2OD．有氧呼吸过程中，有机物中的能量是经过一系列的反应逐步释放的解析：有氧呼吸中，有机物中的能量是经过一系列的反应逐步释放的，第三阶段放出能量最多，只有第三阶段有氧气参与，[H]产生于第一、二阶段，作用于第三阶段。3．某生物兴趣小组想探究：酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置，如图(A～D)所示，请分析作答：(1)根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)有氧条件下的装置序号：_C→(B)→A→B__；无氧条件下的装置序号：_D→B__。(2)B瓶中澄清的石灰水还可用 溴麝香草酚蓝溶液　代替，根据其溶液变成_黄色__(颜色)的时间长短，可以检测酵母菌培养液中产生CO2的情况。(3)一段时间后，在A、D中取少量培养液，滴加_酸性重铬酸钾__溶液检测酒精的存在，若存在酒精，会出现的颜色变化为_橙色变为灰绿色__。(4)A培养瓶中酵母菌细胞呼吸，释放的CO2是在_线粒体基质__中产生的，H2O是在_线粒体内膜__中形成的；产生ATP最多的是第三阶段。总反应式： C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量　。解析：(1)要检测酵母菌有氧呼吸的产物，需要给酵母菌培养液通入不含二氧化碳的空气，从而保证检测的二氧化碳全部由呼吸作用产生，不是空气中的，所以有氧呼吸的装置应为：C→A→B(或C→B→A→B)。要检测酵母菌无氧呼吸的产物，需要给酵母菌培养液无氧的环境，并检测产物是否有二氧化碳，所以无氧呼吸的装置应为：D→B；(2)C瓶中氢氧化钠的作用是吸收空气中的二氧化碳，保证进入B瓶的二氧化碳都是酵母菌呼吸作用产生的。二氧化碳除了可以用澄清石灰水鉴定外，还可以利用溴麝香草酚蓝溶液鉴定。所以B瓶中澄清的石灰水还可用溴麝香草酚蓝溶液代替，颜色变化由蓝变绿再变黄，可以根据颜色变化的时间长短，检测酵母菌培养液中的产生CO2情况。(3)鉴定酒精的有无可以用酸性重铬酸钾，重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应会由橙色变为灰绿色。(4)有氧呼吸第二阶段产生CO2，发生在线粒体基质，第三阶段产生水，发生在线粒体内膜。A培养瓶中酵母菌细胞呼吸，释放的CO2是在线粒体基质中产生的，H2O是在线粒体内膜中形成的；产生ATP最多的是第三阶段。总反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。有氧呼吸过程第一阶段第二阶段第三阶段场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜反应物葡萄糖(C6H12O6)丙酮酸(C3H4O3)＋H2O[H]＋O2产物丙酮酸＋[H]CO2＋[H]H2O是否需氧不需氧不需氧需氧产生ATP数量少量(2 mol)少量(2 mol)大量(28 mol)反应式C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋能量2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20[H]＋能量24[H]＋6O212H2O＋能量总反应式及各元素的去向