高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3节 细胞呼吸的原理和应用优秀巩固练习

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1.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，说出细胞呼吸的类型。
2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有有氧呼吸过程中物质与能量的变化
目标一、 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验原理:
酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存,属于兼性厌氧菌。
2.实验步骤:
(1)配制酵母菌培养液:酵母菌+质量分数为5%的葡萄糖溶液。
(2)安装实验装置:
(3)酵母菌细胞呼吸产物检测:
①检测CO2的产生:用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝溶液。
②检测酒精的产生:从A、B锥形瓶各取2 mL酵母菌培养液的滤液,分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL 溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
3.实验现象:
4.实验结论:
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
(2)细胞呼吸产物:
①有氧条件:产生大量CO2。
②无氧条件:产生酒精和少量CO2。
5.判断下列相关表述的正误
(1)配制酵母菌培养液时，葡萄糖溶液煮沸后，即可加入新鲜食用酵母( × )
解析：配制酵母菌培养液时，葡萄糖溶液煮沸并冷却后再加入酵母，目的是防止高温杀死酵母菌。
(2)如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌进行有氧呼吸( × )
解析：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，都能使澄清的石灰水变混浊。
(3)橙色的重铬酸钾溶液在碱性条件下遇酒精变为灰绿色( × )
解析：重铬酸钾可检测酒精的存在，在酸性条件下与酒精反应呈灰绿色。
(4)将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖，这将更有利于酒精的检测( √ )
任务一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.该实验的自变量是什么？如何设置自变量？
提示 自变量是有无氧气。有氧条件：用橡皮球(或气泵)充气；无氧条件：装有酵母菌培养液的锥形瓶密封放置一段时间。
2.该实验的因变量是什么？如何检测因变量？请完善下表。
3.该实验的无关变量有哪些？如何控制无关变量？
提示 无关变量有温度、葡萄糖溶液的浓度、酵母菌活性等。无关变量应保持相同且适宜。
4.课外活动小组想探究酵母菌细胞在有氧条件下的细胞呼吸情况，用如图装置作为备选装置。
①该课外活动小组应该选用的装置序号及正确排序是C、A、B。
②C装置中的质量分数为10%的NaOH溶液有什么作用？
提示 能吸收空气中的二氧化碳，排除空气中二氧化碳对实验结果的干扰。
5.实验有没有对照组？
提示 该实验中有氧条件和无氧条件均为实验组，相互对照。
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．CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等
C．可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式
D．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2
解析：选C CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，A正确；在该实验中，温度、pH、培养液浓度等都属于无关变量，无关变量需保持相同且适宜，B正确；酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸和无氧呼吸都有CO2生成，而CO2可使澄清石灰水变混浊，因此通过观察澄清石灰水是否变混浊不能判断酵母菌的呼吸方式，C错误；实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2，D正确。
2．如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，以下说法正确的是( )
A．两套装置均需要在黑暗条件下进行
B．装置乙在Ⅱ处可检测到有酒精生成
C．装置乙是对照组，装置甲是实验组
D．装置甲中NaOH溶液的作用是吸收Ⅰ处的CO2
解析：选B 两套装置均不需要在黑暗条件下进行，A错误；Ⅱ处酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，B正确；此实验是对比实验，没有对照组，都是实验组，C错误；装置甲中NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2，D错误。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 有同学认为,上题装置甲中,质量分数为10% 的NaOH 溶液不能完全吸收CO2 ，以致可能对实验结果造成干扰，探讨为避免这种可能性的发生，应采取的措施是在装置甲中盛有质量分数为10% 的NaOH 溶液的锥形瓶和盛有酵母菌培养液的锥形瓶之间再连通一个盛有澄清石灰水的锥形瓶。
（2） 交警通常使用重铬酸钾（酸性条件下）检测汽车司机是否酒驾，具体做法：让司机呼出的气体直接接触用浓硫酸处理过的重铬酸钾硅胶，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾就会由橙色变成灰绿色。
目标二、 有氧呼吸
1. 主要场所——线粒体（写出代表的结构名称）
外膜 内膜 线粒体基质
2. 化学反应式
⑮C6H12O6+6H2O+6O2 酶 6CO2+12H2O+能量 。
3. 物质转化过程
丙酮酸+[H] 线粒体基质 CO2+[H] 少量 线粒体内膜 H2O 大量
4. 能量转化
ATP 热能
5判断下列相关表述的正误
(1)葡萄糖是有氧呼吸唯一能利用的物质( × )
解析：萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。
(2)真核细胞都进行有氧呼吸( × )
解析：真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。
(3)没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸( × )
解析：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。
(4)有氧呼吸的实质是葡萄糖在线粒体中彻底氧化分解，并且释放大量能量的过程( × )
解析：葡萄糖不能在线粒体中氧化分解，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。
任务二 分析有氧呼吸的过程
1．有氧呼吸场所分析
资料一 科学家提取了新鲜的动物肝脏组织，研磨离心后获取了细胞质基质(作为A组)和线粒体(作为B组)以及细胞匀浆(其中既有细胞质基质又有线粒体，作为C组)。分别向三组材料中加入等量的葡萄糖，检测葡萄糖的含量的变化，实验结果如图。从图中你能够得出有氧呼吸的场所在哪里吗？
提示 葡萄糖可以在细胞质基质中分解；葡萄糖不能在线粒体中直接分解；线粒体促进了葡萄糖的分解。
2．有氧呼吸第一阶段分析
(1)阅读下列资料，回答细胞质基质为葡萄糖的分解提供了什么物质？
资料二 科学家发现酵母汁液(主要成分是细胞质基质)能够发酵(分解)葡萄糖，但将酵母汁液加热到50 ℃以上，便会失效。酵母汁液经过透析(除去小分子物质)以后，也失去了发酵能力。
提示 提供了酶和小分子物质。
(2)阅读拓展资料：
资料三 细胞质基质中的一种小分子物质——NAD＋(氧化型辅酶Ⅰ )，实际上是电子和氢离子的载体，能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的氢离子和电子结合，形成NADH(还原型辅酶 Ⅰ)。NADH在后续的反应中还会解离出电子和氢离子，使得电子和氢离子能够继续用于后续的反应。而NAD＋则可以重新结合新的电子和氢离子。由于NADH携带了电子和氢离子，因此具有较强的还原性，通常可以把它简化为[H]。
请完善下面有氧呼吸第一阶段图解。
3．有氧呼吸第二阶段分析
(1)资料四 丙酮酸在线粒体中氧化分解生成CO2和H2O。20世纪30年代，克雷布斯等科学家发现，向鸽子胸肌悬浮液中加入少量草酰乙酸(C4H4O5)或苹果酸(C4H6O5)，都能大大提高丙酮酸的氧化分解速率。
根据以上资料分析，草酰乙酸或苹果酸是否是丙酮酸分解的中间产物？
提示 不是，因为如果草酰乙酸或苹果酸是丙酮酸分解的中间产物，那么外加的草酰乙酸和苹果酸都能够与丙酮酸分解产生的草酰乙酸和苹果酸竞争结合相应的酶，应该会降低丙酮酸的分解速率，而不是大大的提高丙酮酸的氧化分解速率。
(2)请结合资料，完善有氧呼吸第二阶段的简化图解。
资料五 有氧呼吸第二阶段图解
简化图解
4．有氧呼吸第三阶段分析
有氧呼吸第三阶段的特点有：[H]和O2参与反应，产生大量ATP，场所为线粒体内膜。
(1)请结合资料六，分析O2的消耗和ATP的生成是否是同一个化学反应？
资料六 ①线粒体内膜两侧有H＋浓度差；②有一种能破坏这种浓度差的药物，可以使线粒体产生大量热量，也消耗氧气，但不生成ATP。
提示 上述资料说明O2的消耗和ATP的生成是两个过程，H＋浓度可能起到将两个过程连接起来的作用。
(2)请结合资料七，完善有氧呼吸第三阶段反应的简化图解。
资料七 有氧呼吸的第三阶段的反应主要有两方面：一方面前两阶段产生[H]在线粒体基质分离为电子和氢离子，电子在线粒体内膜的蛋白复合体之间进行传递，传递过程中将氢离子由线粒体基质泵入膜间隙，使得膜间隙的氢离子浓度更高，电子失去能量后跟氢离子和氧气结合生成了水；另一方面，氢离子顺着浓度梯度又由膜间隙流回到线粒体基质，同时推动ATP合成酶合成ATP。
简化图解
5．写出有氧呼吸总反应方程式并标注反应物：葡萄糖、氧气、水中的氧的去向。
提示
1．有氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量经过一系列化学反应逐步释放。其中第一阶段能量的去向不包括( )
A．以热能形式散失 B．储存在ATP中
C．转移到H2O中 D．储存在丙酮酸中
解析：选C 有氧呼吸第一阶段能量的去向包括以热能形式散失、储存在ATP中、储存在丙酮酸中，H2O是第二阶段的反应物和第三阶段的产物，第一阶段的能量不能转移到H2O中。
2．提取鼠肝细胞的线粒体作为实验材料，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，测得氧的消耗量较大；当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小，同时注入细胞质基质和葡萄糖时，氧消耗量又较大。下列叙述与实验结果不符合的是( )
A．有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段
B．在线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖
C．葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸
D．水是在细胞质基质中生成的
解析：选D 由题意可知，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，氧的消耗量较大，说明丙酮酸和氧参与的第二、三阶段在线粒体内进行，A正确；由题干信息“当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小，同时注入细胞质基质和葡萄糖时，氧消耗量又较大”，说明葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸，且线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖，B、C正确；水在线粒体内膜生成，D错误。
3．关于同位素标记法研究动物体细胞有氧呼吸的过程，下列叙述错误的是( )
A．用18O标记葡萄糖，产物H2O中能检测到放射性
B．用18O标记氧气，能检测到的产物有Heq \\al(18,2)O和C18O2
C．用14C标记葡萄糖，产物CO2中能检测到放射性
D．用14C标记葡萄糖，在线粒体中能检测到放射性
解析：选A 用18O标记葡萄糖，在有氧呼吸过程中，葡萄糖中的18O进入CO2，不进入H2O，H2O中的氧来源于O2，因此产物CO2能检测到放射性，产物H2O中不能检测到放射性，A错误；O2参与有氧呼吸第三阶段形成H2O，用18O标记O2，产物Heq \\al(18,2)O中能检测到放射性，Heq \\al(18,2)O参与有氧呼吸第二阶段，其场所为线粒体基质，形成产物C18O2，因此在线粒体基质形成的产物C18O2中也能检测到放射性，B正确；用14C标记葡萄糖，葡萄糖中的14C进入有氧呼吸产生CO2中，场所是线粒体基质，故在线粒体中能检测到放射性，C、D正确。
条件
澄清石灰水的变化/出现变化的速度
重铬酸钾-浓硫酸溶液的变化
甲组
(有氧)
变浑浊/快
1号试管:无颜色变化
乙组
(无氧)
变浑浊/慢
2号试管:出现灰绿色
因变量
检测方法
CO2产生的多少
澄清石灰水变混浊的程度
溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的时间长短
是否有酒精产生
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，使溶液变成灰绿色。可通过观察溶液颜色是否变化来确定
A组
B组
C组
细胞质基质
线粒体
细胞匀浆
加入等量葡萄糖