第3节 第1课时 细胞呼吸的方式和有氧呼吸的过程（教师用书）-【勤径学升】2024-2025学年高中生物必修1同步练测（人教版2019）

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的过程 [学习目标] 1．通过探究酵母菌细胞呼吸方式的实验，学会探究实验的设计思路。 2．结合线粒体的结构模型，构建有氧呼吸过程的模式图。 3．通过有氧呼吸过程的学习，能够说出三个阶段的物质和能量变化，并能总结有氧呼吸的概念。 一、细胞呼吸 1．概念 （1）物质变化：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物。 （2）能量变化：有机物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能。 2．两种类型 （1）分类依据：有无O2的参与，有机物是否彻底氧化分解。 （2）类型：有氧呼吸和无氧呼吸。 二、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 1．实验原理 (1)酵母菌的代谢类型：在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。 (2)细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。 2．实验装置 3．检测细胞呼吸产物所用的试剂与现象 检测产物 试剂 现象 CO2 澄清的石灰水 石灰水变浑浊 溴麝香草酚蓝溶液 由蓝变绿再变黄 酒精 (酸性)重铬酸钾溶液 橙色变成灰绿色 4.实验结论 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 三、有氧呼吸 1．有氧呼吸的概念 细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O，释放能量，生成大量ATP的过程。 2．有氧呼吸的主要场所：线粒体。 (1)写出图中序号代表的结构名称： ①线粒体外膜；②嵴；③线粒体内膜；④线粒体基质。 (2)与有氧呼吸有关的酶分布在：②③④(填图中序号)。 3．有氧呼吸的过程 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 丙酮酸、H2O O2、[H] 生成物 丙酮酸、[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O、ATP 能量 少量能量 少量能量 大量能量 4.有氧呼吸化学反应式 C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 1．根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生的量的多少。 （√） 2．酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应变成灰绿色。 （×） 3．有氧呼吸全部在线粒体中进行。 （×） 4．有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 （√） 5．氧气作为反应物参与有氧呼吸的第二、三阶段。 （×） 知识点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式 下图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，请分析： 1．结合对实验材料的选择和处理，探讨以下问题： (1)配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？ (2)为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后才可加入新鲜的酵母菌？ (3)为什么要把装置放置在25～35 ℃的环境下培养？ 提示：(1)新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。 (2)煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。 (3)在25～35 ℃的条件下，酵母菌中酶的活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显，可保证实验效果。 2．本实验的自变量和因变量分别是什么？甲、乙装置中是如何控制自变量的？ 提示：自变量是氧气的有无，因变量为是否有CO2和酒精的产生。甲中用橡皮球或者气泵充气的目的是保证b瓶中有氧气存在，乙中d瓶密封是保证无氧环境。 3．d瓶装好后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？ 提示：d瓶封口后，锥形瓶内的空气中有氧，酵母菌开始进行有氧呼吸，也产生CO2，所以要过一段时间，等d瓶中的氧气消耗完以后，再将产生的气体通入澄清石灰水，保证通入澄清石灰水中的是无氧呼吸产生的CO2。 4．装置甲中质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？ 提示：NaOH与空气中的CO2反应生成Na2CO3和H2O，保证了通入酵母菌培养液的气体中不含CO2，避免对实验结果造成干扰。 5．产物检测 条件 澄清石灰水的变化/ 出现变化的快慢 重铬酸钾— 浓硫酸溶液 甲组(有氧) 变浑浊/快 无变化 乙组(无氧) 变浑浊/慢 出现灰绿色 如果该实验用溴麝香草酚蓝溶液检验甲、乙两装置中的CO2，那么甲装置中溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄所需时间________，乙装置所需时间________。 提示：短　长 1．实验设置思路 （1）对比实验（相互对照实验）：两个实验组，分别为有氧条件和无氧条件。 （2）分析结果，得出结论 2．实验操作的注意事项及目的 实验操作注意事项 操作目的 配制培养液时，将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶 ①煮沸：为了除去其他杂菌，防止其他杂菌的干扰 ②冷却后再加入：防止高温将酵母菌杀死 将空气通入NaOH溶液后再通入酵母菌培养液中 排除空气中CO2对实验结果的干扰 酵母菌培养液封口放置一段时间 让酵母菌将瓶中的O2消耗完，确保其在实验过程中只进行无氧呼吸 1．下列有关“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　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，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。 答案　C 2．以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是 （　　） A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖溶液的甲试管后需振荡混匀 B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境 C．由乙试管中澄清的石灰水变混浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2 D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管的塞子后可闻到酒精的气味 解析　干酵母需要用温水化开，以保持酵母菌活性。酵母菌悬液加入葡萄糖溶液后要充分振荡，使葡萄糖与酵母菌充分接触，利于发生反应，A正确；在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，利于酒精发酵，B错误；若乙试管中的澄清石灰水变混浊，说明酵母菌细胞呼吸产生了CO2，C正确；甲试管中的酵母菌进行厌氧呼吸产生酒精，酒精具有挥发性，所以拔掉甲试管塞子后可闻到酒精的气味，D正确。 答案　B 知识点二　有氧呼吸 　　阅读材料，回答问题。 材料一：分离酵母菌的不同结构，分别加入相同浓度的葡萄糖溶液，在其他条件均适宜的条件下，发现细胞质基质组和细胞匀浆组中，葡萄糖（C6H12O6）减少的同时丙酮酸（C3H4O3）含量增加，而线粒体组中葡萄糖（C6H12O6）不变。 A组 细胞质基质 B组 线粒体 （续表） C组 细胞匀浆（细胞质基质和线粒体） 材料二：科学家改进实验，将检测指标改为氧气的消耗量，加入丙酮酸时，发现细胞质基质组溶解氧的含量不变，而线粒体组和细胞匀浆组溶解氧下降。 材料三：能量可使荧光素发光，发光的强弱与能量的多少有关。在上述实验装置中加入荧光素等物质，结果如下表所示。 加入物质 线粒体组 细胞质基质组 细胞匀浆组 葡萄糖 无荧光 较弱荧光 较强荧光 丙酮酸 较强荧光 无荧光 较强荧光 （1）阅读分析材料一：葡萄糖分解的场所是　　　　，分解后的产物是　　　　。  （2）阅读分析材料二：消耗氧气的场所是　　　　。  （3）阅读分析材料三：产生能量较多的场所是　　　　，产生能量较少的场所是　　　　。  （4）综合分析材料一、二、三，结合教材92～93页，写出有氧呼吸三个阶段的反应场所和反应式（丙酮酸分子式不作要求）： ①第一阶段：场所　　　　，反应式　　　　。  ②第二阶段：场所　　　　，反应式　　　　。  ③第三阶段：场所　　　　，反应式　　　　。  提示：（1）细胞质基质　丙酮酸 （2）线粒体 （3）线粒体　细胞质基质 （4）①细胞质基质　C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋少量能量　②线粒体基质　2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20[H]＋少量能量　③线粒体内膜　24[H]＋6O212H2O＋大量能量 1．有氧呼吸过程 2．有氧呼吸过程中各元素的来源和去路 （1）CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的。 （2）O2参与了第三阶段的反应，[H]和O2结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自O2。 （3）有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。 3．有氧呼吸过程中的产能及能量转化效率 （1）产能 （2）能量转化效率：1 mol葡萄糖彻底氧化分解时，能量转化效率为977．28÷2 870×100%≈34．05%，还有约65．95%的能量以热能的形式散失掉了。 1．用含14C的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的碳原子，可检测到14C的转移途径是 （　　） A．葡萄糖→丙酮酸→水 B．葡萄糖→丙酮酸→氧 C．葡萄糖→氧→水 D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳 解析　由有氧呼吸过程中的物质变化可知，葡萄糖中的碳原子通过有氧呼吸的第一阶段进入丙酮酸，然后通过有氧呼吸的第二阶段进入二氧化碳。故D正确。 答案　D 2．(不定项)动物细胞中，葡萄糖的部分代谢过程如下图。下列说法正确的是(　　) A．乙来源于甲、丁和C6H12O6；丙和丁代表相同化合物 B．有氧条件下，过程①②发生在线粒体基质中 C．过程③发生在线粒体内膜上，可产生大量能量 D．用18O标记C6H12O6，在物质丙中可检测到18O 解析　分析图示可知，甲是丙酮酸，乙是[H]，丙是产物水，丁是原料水，A正确；过程①表示细胞呼吸的第一个阶段，场所在细胞质基质，过程②表示有氧呼吸的第二个阶段，场所在线粒体基质，B错误；过程③表示有氧呼吸的第三个阶段，场所在线粒体内膜，可释放大量能量，C正确；丙(水)中的O来自O2，D错误。 答案　AC 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，必须保证酵母菌是新鲜的、有活性的。（√） （2）只检测有无CO2产生即可确定酵母菌细胞呼吸的方式。 （×） （3）根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生量的多少。 （√） （4）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。 （×） （5）有氧呼吸全部在线粒体中进行。 （×） （6）有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 （√） （7）有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。 （×） 2．下列有关细胞呼吸实质的叙述中，正确的是 （　　） A．为生命活动提供能量 B．分解有机物，释放能量 C．合成有机物，储存能量 D．生物体代谢的枢纽 解析　细胞呼吸的实质是将有机物进行氧化分解，并释放能量的过程。故B正确。 答案　B 3．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验，说法不正确的是 （　　） A．酵母菌属于兼性厌氧型真核生物 B．空气通入酵母菌的培养液之前可先通入澄清石灰水检验是否含有CO2 C．在无氧呼吸的装置中，需将酵母菌培养液封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶 D．实验方法采用对比实验，以无氧条件作为对照组 解析　酵母菌是兼性厌氧型生物，为单细胞真菌，属于真核生物，A正确；在有氧呼吸的装置中，先将空气通入NaOH溶液吸收空气中的CO2，避免对实验结果的干扰，为检验通入的空气中是否含有二氧化碳，可在通入酵母菌的培养液之前先通入澄清石灰水检验是否含有CO2，B正确；无氧呼吸的装置中，应过一段时间后再将导管通入澄清石灰水中，这是为了消耗掉瓶中的氧气，保证通入澄清石灰水中的CO2是无氧呼吸产生的，C正确；该实验属于对比实验，有氧和无氧条件下的实验都是实验组，D错误。 答案　D 4．有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，有氧呼吸释放大量的能量保证了生命活动对能量的需求，下列有关有氧呼吸的叙述，合理的是　　　　。  ①产物水中的氢都来自参加反应的葡萄糖和水 ②产物水中的氧都来自参加反应的葡萄糖和水 ③产物二氧化碳中的氧都来自参加反应的葡萄糖 ④产物二氧化碳中的碳都来自参加反应的葡萄糖 ⑤有氧呼吸每个阶段都产生ATP，但产生量不同 ⑥氧气参与有氧呼吸第二阶段的反应 解析　以葡萄糖为反应物进行有氧呼吸，产物水中的氢都来自参加反应的葡萄糖和水，①正确。产物水中的氧都来自参加反应的氧气，②错误。产物二氧化碳中的氧都来自参加反应的葡萄糖和水，③错误。产物二氧化碳中的碳都来自参加反应的葡萄糖，④正确。有氧呼吸三个阶段均有ATP的产生，第三阶段产生的ATP最多，⑤正确。O2参与有氧呼吸第三阶段的反应，⑥错误。 答案　①④⑤ 5．如图为有氧呼吸过程图解，请分析回答下列问题： （1）图中A物质是　　　　，B物质是　　　　，C物质是　　　　。  （2）有氧呼吸的主要场所是　　　　；释放的CO2是在第　　　　阶段产生的；H2O是在第　　　　阶段形成的；在产生的能量①②③中，最多的是　　　　。  （3）有氧呼吸中O2的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　，写出有氧呼吸的总反应式：　　　　。  答案　（1）丙酮酸　CO2　O2 （2）线粒体　二　三　③ （3）与[H]结合生成H2O，产生大量的能量　C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量 学科网（北京）股份有限公司 $$