高考生物一轮复习专题02细胞中的元素和无机物(含解析)

专题02 细胞中的元素和无机物

【考纲解读】

考点分布 考纲要求 备考指南 明确细胞中化合物的种类和占比。 组成细胞的元素和化合物 水和无机盐的作用 1.组成细胞的元素和化合物(Ⅰ) 2.水和无机盐的作用(Ⅰ) 熟记大量元素和微量元素。 掌握各种有机物的元素组成。 掌握水的存在形式及作用。 明确无机盐作用及缺乏症

【知识梳理】

1．组成细胞的元素和化合物 （1）组成细胞的元素

①大量元素：_______________________________。 微量元素：_________________________。 主要元素：_________________________。 基本元素：_________________________。 最基本元素：_________________________。 ②生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性

a．统一性的表现：________________________________________________________。 b．差异性的表现：____________________________________________________。 （2）细胞鲜重和干重中元素的含量不同 ①占细胞鲜重百分比最多的是______。 ②在细胞干重百分比中，最多的是______。 2.元素缺乏症状

B（硼）促进花粉萌发，花粉管伸长，缺硼会出现“__________”的现象； Mg是合成_________分子的必需元素。 Fe是合成_________分子的必需元素。 3.组成细胞的化合物

有机化合物有__________________________________________。 无机化合物有__________________。

细胞中含量最高的化合物是______，细胞中含量最多的有机化合物是________。 4.细胞中的水的存在形式有_________和________。 自由水的作用有①细胞内良好的__________； ②参与许多生物__________； ③为细胞提供液体环境；

④运送____________和_____________。 5.细胞中的无机盐

细胞中无机盐的主要存在形式是_______形式。 无机盐的作用是①组成_______________； ②维持细胞和生物体的____________；

③对于维持细胞和生物体正常的_______、_________酸碱平衡非常重要。

【考点精讲】

1.组成细胞的元素和化合物 （1）组成细胞的元素 元素的来源、分类和存在形式

（2）生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性

a．统一性的表现：组成生物体的元素在无机自然界中都能找到，在元素种类上具有统一性。 b．差异性的表现：同一种元素在生物界和非生物界中的含量差别很大。 （3）组成细胞的化合物

（4）细胞鲜重和干重中元素与化合物的含量不同

①在组成细胞的元素中，占鲜重百分比：O＞C＞H＞N；占干重百分比：C＞O＞N＞H。

②在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比：水＞蛋白质＞脂质＞糖类，但在干重百分比中，蛋白质最多。 典例1.(2019·湖北重点中考)下列关于组成生物体的化学元素的叙述正确的是( ) A．占细胞鲜重百分比最多的元素是C B．组成DNA、磷脂分子的元素种类相同 C．非生物界与生物界的元素种类相同 D．组成生物体的化学元素多以离子形式存在 【答案】B

【解析】占细胞鲜重百分比最多的元素是O，A项错误；组成DNA、磷脂分子的元素都是C、H、O、N、P，种类相同，B项正确；组成生物界的元素种类在非生物界中都能找到，但非生物界与生物界的元素种类存在差异，C项错误；组成生物体的化学元素多以化合物的形式存在，D项错误。 【思路点拨】

细胞中元素与化合物的种类及含量的扇形图和柱状图

①若图1表示组成人体活细胞的元素含量比例，则甲～丁依次是O、C、H、N，但占人体细胞干重百分比最高的元素是图1中的甲，其原因是人体细胞鲜重含量最多的化合物是H2O，而干重含量最多的化合物是蛋白质。

②若图2表示细胞干重中化合物的含量，则②为蛋白质，其标志性元素是图1中的丁，若按鲜重计②应为

水。

③图1所示元素在非生物界中一定能(填“一定能”“一定不能”或“不一定能”)找到，这说明生物界和非生物界具有统一性。

④C、H、N三种元素在人体的化学成分中，质量分数共占73%左右(占细胞干重的百分比)，而在岩石圈的化学成分中，质量分数不到1%，这一事实说明生物界与非生物界具有差异性。 典例2.(2019·河北正定中学期末)下列各组化合物中，由相同元素组成的是( ) A．叶绿素、类胡萝卜素 B．胰岛素、性激素 C．脂肪、核苷酸 D．纤维素、丙酮酸 【答案】D

【解析】叶绿素中含有镁元素，与类胡萝卜素的元素组成不同，A错误；性激素只含有C、H、O，胰岛素含有C、H、O、N，B错误；脂肪只含有C、H、O，核苷酸含有C、H、O、N、P，C错误；纤维素和丙酮酸都只含有C、H、O，D正确。

【规律方法】根据元素推测化合物的种类

2．细胞中的无机物 （1）细胞中的水

①自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系

自由水/结合水，比值高，细胞代谢旺盛，但抗旱、抗寒、抗热等抗逆性差；比值低，细胞代谢强度降低，但抗旱、抗寒、抗热等抗逆性增强。

实例：衰老的细胞内水分含量减少，细胞萎缩，体积减小，细胞代谢速率减慢。 ②归纳总结细胞中水的产生和利用

产生水 利用水

①有氧呼吸第三阶段 ②氨基酸脱水缩合 ③多糖的合成 ④DNA的复制与转录 ⑤ADP形成ATP （2）细胞中的无机盐

①多糖、蛋白质、脂肪、核酸的分解(水解) ②光反应中水的分解 ③有氧呼吸第二阶段中水的利用 ④ATP的水解

举例细胞中常见无机盐的作用及含量异常情况

无机盐 I Fe Ca Mg K Na ＋＋2＋2＋2＋－作用 甲状腺激素的组成成分 血红蛋白的组成成分 降低神经系统的兴奋性 叶绿素的组成成分 促进植物体内淀粉的运输；维持动物细胞内液的渗透压 维持细胞外液的渗透压 含量异常 缺乏时患地方性甲状腺肿；婴、幼儿缺乏患呆小症 缺乏时患缺铁性贫血 血钙过低时，会出现抽搐现象；血钙过高时，会患肌无力 缺乏会导致叶片发黄 缺乏时植物抗逆能力减弱，易受病害侵袭 缺乏会导致细胞外液渗透压下降 典例1.(2019·南京校级一模)大多数无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用，下列相关叙述正确的是( )

A．K内流是神经纤维产生静息电位的主要原因 B．Mg参与叶绿素的合成而直接影响光合作用暗反应 C．I参与组成的甲状腺激素有促进细胞代谢增加产热的作用 D．过量摄入钠盐会导致血浆中抗利尿激素含量降低 【答案】C

【解析】K外流是神经纤维产生静息电位的主要原因；Mg参与叶绿素的合成而直接影响光合作用的光反应；I参与组成甲状腺激素，甲状腺激素具有促进细胞代谢增加产热的作用；过量摄入钠盐会导致细胞外液渗透压升高，血浆中抗利尿激素含量升高。

－

＋

2＋

－2＋＋

典例2.(2017·海南高考)无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述错误的是( ) A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收 B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降 C．和ATP一样，KH2PO4也能为生物体提供能量 D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐 【答案】C

【解析】草酸与食物中钙离子结合形成沉淀物不利于钙的吸收；铁是血红蛋白的组成成分，血红蛋白的主要作用是运输O2，缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降；KH2PO4不是能源物质，不能为生物体提供能量；燃烧过程中有机物被分解，剩下的是无机物。

【解题思路】该选项考查的是生物知识与生活的联系，同时需结合化学知识：草酸与食物中钙离子结合形成沉淀物不利于吸收。生活小知识中常说的小葱拌豆腐不利于钙的吸收，也是这个道理。考生往往一看到“不利于”这类绝对化的词语就盲目判定选项错误而导致误选。

典例3.(2014·四川高考)生物体的生命活动离不开水。下列关于水的叙述，错误的是( ) A．在最基本生命系统中，H2O有自由水和结合水两种存在形式 B．由氨基酸形成多肽链时，生成物H2O中的氢来自氨基和羧基 C．有氧呼吸时，生成物H2O中的氢来自线粒体中丙酮酸的分解 D．H2O在光下分解，产生的[H]将固定的CO2还原成(CH2O) 【答案】C

【解析】水在最基本的生命系统中有两种存在形式：自由水和结合水；在氨基酸脱水缩合形成多肽链的过程中，生成物H2O中的两个氢原子分别来自两个氨基酸中的氨基和羧基；有氧呼吸第三阶段，O2与第一阶段葡萄糖分解产生的[H]和第二阶段丙酮酸分解产生的[H]结合形成H2O，同时释放出大量能量。线粒体中丙酮酸的分解要利用H2O，产生CO2；光合作用的光反应阶段发生在叶绿体类囊体薄膜上，H2O在光下被分解成O2和[H]，[H]可将叶绿体基质中暗反应固定的CO2还原成(CH2O)。 【思路点拨】

本题结合细胞代谢考查细胞中水的存在形式、产生和利用，解题的关键是明确光合作用、细胞呼吸和脱水缩合等与水有关的代谢过程。 【知识拓展】

小麦幼苗的正常生长需要多种无机盐，你如何设计实验证明某种无机盐A是否为幼苗生长所必需的？请写出实验思路，并根据实验结果作出判断。

提示：对照组将小麦幼苗培养在完全培养液中，小麦幼苗正常生长；实验组将小麦幼苗培养在缺A的完全培养液中，若小麦幼苗正常生长，说明无机盐A不是幼苗生长所必需的无机盐，若小麦幼苗不正常生长，加入无机盐A后又恢复正常生长，说明无机盐A是小麦幼苗生长所必需的无机盐。

对照法探究植物生长必需的无机盐

1．实验目的：探究无机盐X是否是植物生长发育所必需的。 2．实验设计

3．实验中的对照

对照组：植物＋完全培养液

(1)空白对照

实验组：植物＋缺X培养液对照组：缺X

(2)自身对照

实验组：加入无机盐X后

X

对照实验的类型及实验组、对照组的确认

空白对照 对照组为自然状态下不作处理的对象组，实验组为施加实验变量处理的对象组 自身对照 实验处理前的对象组为对照组，实验处理后的对象组为实验组 相互对照 不单设对照组，而是几个实验组相互对照。如“影响酶活性的条件”的实验中，探究温度对酶活性的影响时，要用热水、正常温度的水、冰水三个实验组来探

究温度对酶活性的影响，进行相互对照，以得出相应的实验结论 即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变条件对照 量的对照。例如，在动物激素饲喂小动物的实验方案中，饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组 实验相关说明：

(1)实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、生长状况等相同。 (2)实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。 (3)该方案也可用于检测某种矿质元素是否是植物正常生长的必需元素。

【真题&模拟速递】

1.(2019·六安模拟)显微镜下分别观察小麦的叶肉细胞和干种子的胚细胞，发现叶肉细胞的细胞质中有明显的细胞质流动现象，而胚细胞则无此现象，原因是( ) A．叶肉细胞是活细胞，而胚细胞是死细胞 B．叶肉细胞中有自由水，胚细胞中没有自由水 C．叶肉细胞中自由水与结合水的比值大 D．胚细胞中自由水与结合水的比值大 【答案】C

【解析】休眠细胞仍是活细胞，种子在晒干的过程中，自由水大量蒸发，胚细胞中自由水含量较少，结合水的相对比值增大，细胞代谢不活跃，所以细胞质流动不明显。

2.(2019·徐州高三检测)研究发现，冬小麦在秋冬受低温袭击时，呼吸速率先升高后降低；持续的冷害使根生长迟缓，吸收能力下降，但细胞内可溶性糖的含量有明显的提高。下列推断错误的是( ) A．冷害初期呼吸作用先增强，有利于抵御寒冷

B．持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱，直接影响可溶性糖合成淀粉 C．低温时细胞内结合水的比例上升，有利于适应低温环境 D．低温使根细胞呼吸减弱，吸收矿质营养能力下降 【答案】B

【解析】冷害初期呼吸作用增强，产热量增加，有利于抵御寒冷；可溶性糖合成淀粉过程需要能量，而持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱，影响ATP的合成，从而间接影响可溶性糖合成淀粉；低温使细胞内结合水含量升高，自由水含量降低，以适应低温环境，增强抗寒性；低温使酶活性降低，根细胞呼吸减弱，根细胞吸收矿质营养的方式是主动运输，需要消耗能量，因此低温下根吸收矿质营养能力下降。 3.(2014·海南高考)下列关于植物体内水分的叙述，错误的是( ) A．植物体内的水分参与营养物质的运输

B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一 C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物 D．同种植物萌发种子的含水量和休眠种子的相同 【答案】D

【解析】A、植物体内的自由水能自由移动对于营养物质的运输具有重要作用，故A选项正确； B、细胞中的结合水是细胞结构的重要组成成分，故B选项正确； C、自由水可以参与细胞内的许多化学反应，故C选项正确； D、同种植物萌发种子的含水量比眠种子的含水量高，故D选项错误．

4.(2019·新余模拟)如图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析有关说法正确的是( )

A．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式不同 B．①和②均能萌发形成幼苗

C．③在生物体内主要以化合物形式存在 D．点燃后产生的CO2中的C只来自种子中的糖类 【答案】A

【解析】图中④是自由水，⑤是结合水，两者在细胞中存在形式不同，A正确；①晒干的种子能萌发形成幼苗，②烘干的种子不能萌发形成幼苗，B错误；③是无机盐，在生物体内主要以离子形式存在，C错误；点燃后产生的CO2中的C来自种子中的有机物，D错误。

5.(2019·湖南四校联考)互花米草是一种沿海滩涂草本盐沼植物，对水淹的生态环境有很强适应能力。下图中甲、乙两条曲线分别表示互花米草体内自由水与结合水的比值、K＋吸收速率与潮汐水淹时间的关系。下列叙述中，正确的是( )

A.在进行水淹处理时，实验用水应为自来水

B.互花米草在水淹时间为3 h/d的环境下，抗逆性最强 C.水淹时间为24 h/d的互花米草长势最差的主要原因是光

D.随水淹时间延长，K＋吸收速率逐渐下降，主要与细胞膜上载体数量不足有关 【答案】B

【解析】本实验所选植物互花米草是一种沿海滩涂草本盐沼植物，为保证实验结果的可靠性，实验中选用的水应为采样地点的海水，能更好地模拟植物的生存环境，A错误；自由水与结合水比值的大小与细胞代谢旺盛程度和抗逆性有关，自由水与结合水比值越大，细胞代谢越旺盛，抗逆性越低，从图中信息可知，互花米草在水淹时间为3 h/d的环境下，抗逆性最强，B正确；在水淹时间为24 h/d时，植物因缺氧而长时间进行无氧呼吸积累酒精，酒精会对细胞产生毒害作用，从而影响长势，C错误；由图中曲线可知，随水淹时间的延长，K＋吸收速率逐渐下降，主要与植物水淹后进行无氧呼吸供能不足有关，D错误。 6.(2018·全国卷Ⅰ，3)下列有关植物根系吸收利用营养元素的叙述，错误的是( ) A.在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中的N2和NO B.农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收 C.土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收 D.给玉米施肥过多时，会因根系水分外流引起“烧苗”现象 【答案】A

【解析】在酸性土壤中，小麦不能吸收利用土壤中的N2，A错误；农田适时松土可以增加土壤中的氧气，增强农作物根系的有氧呼吸，有利于农作物根细胞通过主动运输的方式对矿质元素进行吸收，B正确；土壤微生物可以将秸秆中的有机物分解成无机离子等，植物的根系能吸收这些无机离子用于生命活动，C正确；给玉米施肥过多时，土壤渗透压升高，当其高于玉米根的细胞液渗透压时，玉米会因根系水分外流而出现“烧苗”现象，D正确。

7.(2013·海南卷，1)关于生物体内有机化合物所含元素的叙述，错误的是( ) A.叶绿素含有镁元素 C.脱氧核糖含有磷元素 【答案】C

【解析】脱氧核糖属五碳糖仅由C、H、O三种元素组成。

8、(2018·南通模拟)下列关于细胞中元素和化合物的描述，正确的是( ) A．脂肪酸与吲哚乙酸的元素组成相同

B．RNA分子携带大量遗传信息，是绝大多数真核生物的遗传物质 C．与糖类相比，脂肪中C的比率较高，C是活细胞中含量最多的元素 D．蛋白质是活细胞中含量最多的生物大分子，是生命活动的主要承担者 【答案】D

【解析】脂肪酸的元素组成是C、H、O，吲哚乙酸的元素组成是C、H、O、N，二者的元素组成不同；只有少数病毒的遗传物质是RNA，真核生物和原核生物的遗传物质均为DNA；活细胞中含量最多的元素是O。

B.血红蛋白含有铁元素 D.胰岛素含有碳元素

9、(2019·淄博五中检测)如图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况，下列对甲、乙、丙所表示的物质及其所能表现的生理功能推测错误的是( )

A．甲可能是叶绿素，能吸收光能进行光合作用 B．乙可能是血红蛋白，有运输氧的作用 C．丙可能是磷脂，是细胞膜的主要成分

D．若植物培养液中缺微量元素Mg，将导致叶片发黄 【答案】D

【解析】叶绿素中含有Mg，所以甲可能是叶绿素，能吸收光能进行光合作用；血红蛋白中含有Fe，所以乙可能是血红蛋白，有运输氧的作用；磷脂含有的元素是C、H、O、N、P，所以丙可能是磷脂，是组成细胞膜的主要成分；Mg属于大量元素，植物缺Mg将导致叶片发黄。10、(2019·成都七中检测)下列关于组成生物的元素和化合物的说法，正确的是( )

A．细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要 B．生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同 C．细胞中的无机盐多以化合物形式存在

D．植物缺乏N和Mg，将导致叶绿素不能合成，叶片颜色变黄 【答案】D

【解析】组成细胞的微量元素的含量极少，但其作用不可缺少，如缺乏则可能会导致相应的疾病，A错误；生物界与非生物界在元素含量上具有差异性，B错误；细胞中的无机盐多以离子形式存在，C错误；N和Mg都是组成叶绿素的元素，缺少N和Mg会影响叶绿素的合成而使叶片发黄，D正确。 11、(2019·潍坊期末)下列有关水和矿质元素的叙述，错误的是( ) A．矿质元素是细胞内生物大分子的必需组成成分

B．休眠的种子和越冬植物体内，自由水与结合水的比值相对较低 C．合理施肥可提高农作物光合作用速率，从而提高产量

D．水是植物体光合作用和呼吸作用的原料，许多有机物的合成与分解均有水的参与 【答案】A

【解析】多糖中不含有矿质元素。

12、(2018·海南卷，6)将水稻幼苗培养在含MgSO4的培养液中，一段时间后，发现营养液中Mg和SO4的

2＋

2-

含量下降，下列叙述不合理的是( ) A.Mg通过自由扩散进入根细胞 B.MgSO4必须溶解在水中才能被根吸收 C.根吸收的Mg可以参与叶绿素的形成 D.降低温度会影响水稻根系对Mg的吸收 【答案】A

【解析】无机盐离子通过主动运输进入根细胞，A错误；土壤中的无机盐必需溶解在水中才能被根吸收，B正确；Mg是合成叶绿素的必需元素，C正确；温度能影响细胞膜的流动性，也会影响到细胞呼吸相关酶的活性，进而影响物质跨膜运输的速率，影响水稻根系对Mg的吸收，D正确。 13、（2019潍坊模拟）下列关于元素和无机盐与人体健康的描述，正确的是( ) A.细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要 B.缺乏P时，细胞中磷脂、核酸、ATP等的合成就会受影响 C.细胞外液渗透压的90%以上来自Ca，血液中Ca太低会抽搐

D.甲状腺激素含I、血红蛋白含Fe说明无机盐在细胞内主要以化合物的形式存在 【答案】B

【解析】细胞中的微量元素含量极少，但其和大量元素同等重要，A错误；ATP、DNA、RNA、磷脂等物质都含P，因此缺P时这些物质的合成都会受影响，B正确；细胞外液渗透压的90%以上来自Na＋、Cl－，C错误；甲状腺激素含I、血红蛋白含Fe，说明无机盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成成分，而无机盐在细胞内主要以离子的形式存在，D错误。

14、(2018·合肥调研)生物体的生命活动离不开水。下列关于真核细胞中水的叙述，错误的是( ) A.细胞吸收水分是被动运输

B.由氨基酸形成多肽链时，生成物H2O中的氢来自氨基和羧基 C.有氧呼吸时，生成物H2O中的氢全部来自线粒体中丙酮酸的分解 D.H2O在光下分解，产生的[H]会进入叶绿体基质 【答案】C

【解析】水分子进出细胞的方式为自由扩散或通过水通道蛋白的协助扩散，属于被动运输，A正确；氨基酸脱水缩合形成多肽时，生成物水中的氢分别来自两个氨基酸分子的氨基和羧基，B正确；有氧呼吸过程中，生成物水中的氢来自第一、二阶段葡萄糖、丙酮酸的分解，C错误；光合作用中光反应产生的[H]进入叶绿体基质中参与暗反应，D正确。

2＋

2＋

2＋

2＋

2＋

2＋

15、(2019·济南模拟)某科研团队用含有各种必需元素的溶液培养大麦幼苗。实验分两组：甲组在光下，乙组在黑暗中，48小时后测定水分的消耗量和几种离子的浓度变化。表中各离子的数据为实验结束时，溶液中离子的浓度占实验开始时浓度的百分比。

实验条件 甲组 乙组 请回答：

(1)甲组幼苗细胞中能够消耗水并伴随着[H]和ATP产生的场所有____________________，细胞产生的一部分ATP可用于通过________方式吸收无机盐离子的过程。 (2)48小时后，乙组幼苗的鲜重增加，干重下降。原因是

_________________________________________________________________ _______________________________________________________________。

(3)从吸收离子的比例上看，大麦幼苗吸收各种离子的速率是不同的，其中对________的吸收速率最大，造成这种结果的原因主要与细胞膜上运输相关离子的________有关。 【答案】(1)类囊体薄膜和线粒体基质 主动运输

(2)幼苗吸收了大量的水分和无机盐，所以鲜重增加；幼苗不能进行光合作用，只进行呼吸作用消耗了大量有机物，所以干重下降 (3)K 载体蛋白数量

【解析】光合作用的光反应和有氧呼吸的第三阶段能产生[H]和ATP，所以能够消耗水并伴随着[H]和ATP产生的场所有类囊体薄膜和线粒体基质；无机盐大都通过主动运输的方式进行吸收，少数通过协助扩散的方式运输，如果需要能量，则一定是主动运输。48小时后，乙组幼苗的鲜重增加，干重下降。原因是幼苗吸收了大量的水分和无机盐，所以鲜重增加；幼苗不能进行光合作用，只进行呼吸作用消耗了大量有机物，所以干重下降。离子的吸收速率主要与载体数量和能量有关。

＋

水分的消耗 量(mL) 1 070 425 Ca(%) 128 103 2＋K(%) 27 35 ＋Mg(%) 184 115 2＋