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培优点四 细胞呼吸的实验探究
一、“密闭容器法”进行细胞呼吸的实验探究
应用1.细胞有氧呼吸速率的测定
典例1. 如图装置可用于测定动物的呼吸速率。下列关于该装置的描述，不正确的是( )
A．试管内的试剂可以是NaOH溶液，作用是吸收CO2
B．广口瓶放入盛有温水的水槽内是为了使瓶内温度恒定
C．实验过程中玻璃管内的红墨水会向右移动
D．该装置可直接测得动物呼吸时所释放的CO2量
【解析】该装置通过瓶内的气压变化来测定动物的呼吸速率。由于呼吸作用过程中有CO2和O2两种气体的变化，因此通过在试管内放NaOH等溶液来吸收CO2，消除CO2对瓶内气压的影响，以测出动物呼吸时所消耗的氧气量，A正确；将广口瓶放入盛有温水的水槽内是为了使瓶内温度恒定，防止温度对呼吸作用的影响，B正确；动物有氧呼吸产生的CO2被NaOH吸收，动物的无氧呼吸产物是乳酸，因此实验过程中由于有氧呼吸消耗氧气，会让瓶内的气压降低，红墨水会向右移动，C正确；图示装置可直接测得动物呼吸时所消耗的O2量，不能直接测定动物呼吸时所释放的CO2量，D错误。
【答案】D
应用2.生物呼吸类型的判断
典例2.在外界环境条件恒定时，用如图装置测定小麦种子萌发时的呼吸作用类型（假设呼吸底物全部为葡萄糖），实验开始同时关闭两装置活塞，在25℃下经过20min后观察红色液滴的移动情况，下列对实验结果的分析错误的是（ ）
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A．若装置1的红色液滴左移，装置2的红色液滴不移动，则说明此时萌发的种子只进行有氧呼吸
B．装置2的红色液滴向右移动的体积是有氧呼吸释放CO2的体积
C．装置1的红色液滴向左移动的体积是呼吸作用消耗O2的体积
D．若装置1的红色液滴左移，装置2的红色液滴右移，则说明此时萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
【解析】装置2的红色液滴不移动，说明呼吸作用消耗的氧气与产生二氧化碳的量相等，此时萌发的种子只进行有氧呼吸，A正确；装置2的红色液滴向右移动的体积是有氧呼吸释放CO2的体积多余消耗氧气的体积，B错误；装置1中产生的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收，红色液滴向左移动的体积是呼吸作用消耗O2的体积，C正确；若装置1的红色液滴左移，装置2的红色液滴右移，则说明呼吸作用产生二氧化碳的量多于消耗的氧气，此时萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，D正确。
【答案】B
二、对点增分集训
1. 如图是探究小鼠在不同温度下呼吸速率（用单位时间的耗氧量表示）的实验装置，打开夹子A，可使水检压计左右水平，关闭夹子A，用注射器向广口瓶中注入5mL氧气，水检压计左侧液面升高，记录左右液面重新水平时所用的时间。不正确的说法是（ ）
A．用注射器向广口瓶中注入5mL氧气后要立刻关闭夹子B
B．测定小鼠的呼吸速率需要在它安静的状态下进行
C．小鼠在10℃时的呼吸速率小于25℃时的呼吸速率
D．氢氧化钠的作用是排除呼吸产生的CO2对实验结果的干扰
【解析】用注射器向广口瓶中注入5mL氧气后要立刻关闭夹子B，保证通入的氧气的量，A正确；运动使呼吸加快，且程度不一测量，所以测呼吸速率一般在安静状态下，B正确；小鼠是恒温动物，在10℃时维持体温消耗的能量大于在25℃条件下的，所以小鼠在10℃时的呼吸速率大于25℃时的呼吸速率，C错误；氢氧化钠的作用是吸收CO2排除呼吸产生的CO2对实验结果的干扰，D正确。
【答案】C
2．为了测定呼吸商（RQ=
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），取右侧装置3组，甲组为A处放一定质量樱桃、B处放一定量NaOH溶液，乙组为A处放等量樱桃、B处放等量蒸馏水，丙组为A处放等量死樱桃、B处放等量蒸馏水．相同时间后，观察液滴移动情况是：甲组左移量为X，乙组左移量为Y，丙组右移量为Z．下列说法正确的是（ ）
A．X代表的是甲组樱桃细胞呼吸产生的CO2量
B．甲组和乙组为相互对照．自变量是NaOH溶液
C．丙装置的作用是校正，氧气实际消耗量为（X+Z）
D．RQ=
【解析】分析题干信息可知，甲组中B处放一定量NaOH溶液，樱桃进行呼吸产生的二氧化碳被NaOH吸收，液滴移动是也剖有有氧呼吸吸收氧气的结果，因此液滴移动的距离代表有氧呼吸；乙组实验BB处放等量蒸馏水，细胞呼吸消耗氧气使锥形瓶内的气压减小，产生二氧化碳使气压升高，液滴移动是二者共同作用的结果；丙组的对照实验用于矫正物理因素对实验结果造成的影响，X是甲组左移量，代表细胞呼吸吸收的氧气量，A错误；分析题干信息可知，乙组用蒸馏水进行对照，属于空白对照，B错误；由题意知，甲组左移量为X，丙组作为矫正，右移量为Z，因此甲组氧气实际消耗量为（X+Z），C正确；由题意知，二氧化碳的释放量为（X﹣Y），氧气实际消耗量为（X+Z），因此呼吸熵是，D错误。
【答案】C
3．如图为某生物小组探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述错误的是
A．实验的自变量是有无氧气，因变量是甲、丁两试管中产生CO2的多少
B．乙、丙两试管中的液体应先煮沸，冷却后再加入酵母菌，以便消除其他微生物对实验的影响
C．该实验装置的设计不够严谨，通入乙试管中的空气必须除去CO2
D．甲、丁两试管中的Ca(OH)2溶液可用酸性重铬酸钾溶液替代
【解析】
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乙试管通入空气，丙试管未通入空气，分别提供了有氧和无氧的环境条件，可根据Ca(OH)2溶液的浑浊程度来大概判断甲、丁试管中产生CO2的多少，A正确；对试管中的液体进行灭菌，能消除其他微生物对实验的影响，B正确；空气中含有CO2，对实验结果有干扰，C正确；Ca(OH)2溶液可用溴麝香草酚蓝水溶液替代，酸性重铬酸钾溶液可以用来检测有无酒精的生成，D错误。
【答案】D
4．将如图装置（阀a、b、c关闭）改装后，装入酵母菌培养液用于探究酵母菌呼吸方式，下列相关实验操作错误的是（ ）
A．探究有氧条件下酵母菌呼吸方式时直接打开阀a通入空气，打开阀c将管口3与盛有澄清石灰水的试剂瓶连通
B．探究无氧条件下酵母菌呼吸方式时打开阀c静置一段时间后将管口3与盛有澄清石灰水的试剂瓶连通
C．装置改装后应进行气密性检查，实验时应置于适宜温度的环境中
D．经管口2取样进行检测，可了解酒精的产生情况
【解析】探究有氧条件下酵母菌呼吸方式时打开阀a通入用NaOH除去二氧化碳的空气，打开阀c将管口3与盛有澄清石灰水的试剂瓶连通，A错误；探究无氧条件下酵母菌呼吸方式时，打开阀c静置一段时间，消耗掉瓶中原有的氧，再将管口3与盛有澄清石灰水的试剂瓶连通，B正确；装置改装后应进行气密性检查，以确保无氧条件；实验时应置于适宜温度的环境中，以保证酶的活性，C正确；酒精的鉴定原理是橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化反应，变成灰绿色，经管口2取样进行检测，可了解酒精的产生情况，D正确．
【答案】A
5．实验小组的同学将活性良好的小麦种子在水中浸透，然后按如图装置进行实验，实验开始时X液面位置与Y液面位置调至同一水平下表记录了实验过程中每小时的液面变化情况。请回答下列问题：
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时间（h）
X液面位置
0
5.0
1
7.0
2
9.0
3
11.0
4
13.0
5
14.5
6
15.5
7
15.8
8
15.8
9
15.8
（1）该实验的实验目的是探究 。装置中X液面变化值表示
（2）根据现象可以判断，实验7个小时后种子进行的呼吸方式为 ，液面不再发生变化的原因是 。
（3）为确保实验结果只是由实验装置中种子的生理活动引起的，需设置另一个相同装置，该装置除试管内金属网上需要放置 的同种种子外，其他条件与上图装置相同。
【解析】（1）根据实验装置的原理和作用（测定萌发小麦种子的呼吸作用产生的气体变化）可知，该实验的目的是探究萌发的小麦种子的呼吸方式。由于有氧呼吸吸收的氧气体积与放出的二氧化碳体积相等，二氧化碳被NaOH溶液吸收，故装置内气体减少，压强降低，X液面升高,且升高值表示种子有氧呼吸消耗的O2体积。（2）根据实验结果，实验7个小时后X液面不变，说明种子进行的只有无氧呼吸。理由是有氧呼吸停止，进行无氧呼吸释放的CO2被NaOH溶液吸收，管内气压没有明显变化。（3）为确保实验结果只是由实验装置中种子的生理活动引起的，需设置另一个相同装置,也就是设置对照组，所以与实验组不同的应是金属网上需要放等量、煮熟（或死亡）的同种种子。
【答案】（1）萌发的小麦种子的呼吸方式 种子有氧呼吸消耗的氧气的体积
（2）无氧呼吸（1分） 种子进行无氧呼吸释放的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收，管内气压没有明显变化
（3）等量煮熟（或等量没有活性）
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6．刚收获的小麦种子堆放不久就萌发了。某研究小组想测量萌发的小麦种子、蚯蚓呼吸速率的差异，设计了以下的实验装置。实验中分别以20粒萌发的种子和4条蚯蚓为材料，每隔10 min记录一次有色液滴在刻度玻璃管上的读数，结果如下表所示。请回答以下问题：
有色液滴移动的距离/mm
生物
时间/min
0
10
20
30
40
50
萌发的种子
0
8
16
23
29
34
蚯蚓
0
4
8
11
13.5
15.5
（1）装置图中浓氢氧化钠的作用是吸收________，以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率是________。
（2）该实验能否说明萌发种子的呼吸速率比蚯蚓的呼吸速率大？并说明理由。
。
（3）刚收获的小麦种子堆放后容易发热，其热量来源于自身细胞呼吸及其携带的微生物呼吸所释放的能量。请根据提供的实验材料和器具设计实验加以验证。
①实验原理：细胞呼吸散失的热能的相对值可用温度计测量，散热越多，温度上升得越多。
②实验材料和器具：刚收获的小麦种子，同样大小消过毒的透明保温瓶，消过毒的温度计和棉花，加热煮沸过的烧杯等用具，0.1%的高锰酸钾溶液、酒精灯等。
③实验步骤：
第一步：取三个同样大小消过毒的透明保温瓶，分别 。
第二步：取刚收获的小麦种子若干，均分成三份，分别做三种处理：一份________________，放入A瓶中；一份用________________浸泡一段时间后放入B瓶中；一份用清水浸泡后直接放入C瓶中。
第三步：在三个瓶中插入温度计并用棉花把瓶口塞紧，记录温度计的示数。
第四步：将三个瓶放到适宜且相同的环境中，过一段时间后 。
④预期实验结果并得出结论：
结果：_____________________________________________________________。
结论：说明小麦种子堆中的热量来自种子自身呼吸及其携带的微生物的呼吸所释放的能量。
【解析】（1）分析图表数据可知，以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率在0～20 min内为8 mm÷20 min＝0.4 mm/min。（3）
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本实验的目的是验证小麦种子堆放后发热的热量来源于自身细胞呼吸及其携带的微生物呼吸所释放的能量，因此需设置死种子、消毒的活种子、未消毒的活种子三组对照实验，一段时间后，如果三者装置的温度依次递增，则说明小麦种子堆中的热量来自种子自身呼吸及其携带的微生物的呼吸所释放的能量。实验设计时，应注意遵循对照原则和单因子变量原则。
【答案】（1）二氧化碳 0.4 mm/min（漏写单位不可）
（2）不能说明，因为两者的重量及环境温度等条件不同
（3）③第一步：编号为A、B、C
第二步：煮熟后冷却至常温 用0.1%的高锰酸钾溶液
第四步：观察、记录温度计的示数
④A瓶中温度无变化，B瓶和C瓶中的温度均升高，但C瓶中的温度升高得更多
7.图1表示小肠细胞吸收葡萄糖的情况。为进一步探究细胞吸收葡萄糖的方式与细胞内、外液葡萄糖浓度差的关系，有人设计了如图2实验（记作甲）：锥形瓶内盛有130mg/dL的葡萄糖溶液以及生活的小肠上皮组织切片。溶液内含细胞生活必须的物质（浓度忽略不计）。实验初，毛细玻璃管内的红色液滴向左缓缓移动，5min起速率逐渐加快，此时，锥形瓶内葡萄糖溶液的浓度为a mg/dL。
（1）图1显示：曲线AB段、BC段，小肠细胞吸收葡萄糖方式依次属于 ．分析CD段变化原因可能是载体失活而不是载体饱和，理由是：当载体饱和时， 而使细胞内浓度升高，这与事实矛盾。
（2）图2锥形瓶红色液滴的移动直接显示瓶内 含量的变化。
（3）为验证5min时造成红色液滴移动速率加快的直接因素，需要设计一个对比实验（记作乙）：乙实验装置的不同之处是5min 时用呼吸抑制处理小肠上皮组织．假定呼吸被彻底阻断，预期结果：①实验开始5min时，液滴移动情况是：实验甲突然加快，实验乙 ；②葡萄糖溶液浓度变化情况是：实验甲 实验乙 。
（4）若用相等质量的成熟红细胞替代小肠上皮细胞，红色液滴移动情况是 ．
【解析】（1）曲线AB段、细胞外的葡萄糖浓度高于细胞内，细胞吸收葡萄糖方式属于协助扩散；BC段细胞内的葡萄糖浓度高于细胞外，细胞吸收葡萄糖方式属于主动运输，CD段变化原因可能是载体失活而不是载体饱和，理由是：当载体饱和时，细胞仍然吸收葡萄糖而使细胞内浓度升高，这与事实矛盾。（2）瓶加入NaOH溶液，可吸收容器中的CO2，小肠上皮细胞在葡萄糖溶液中进行呼吸作用，吸收氧气，释放二氧化碳，二氧化碳被NaOH溶液吸收，锥形瓶红色液滴的移动直接显示瓶内氧气含量的变化。
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（3）甲组和乙组的变量是：是否存在呼吸作用，甲组有呼吸作用，乙组没有呼吸作用，故液滴移动情况是：实验甲组加快，乙组不移动；葡萄糖溶液浓度变化情况是：实验甲组下降，乙组不变．（4）人成熟红细胞不能进行有氧呼吸，故红色液滴不移动。
【答案】（1）协助扩散 主动运输 细胞仍然吸收葡萄糖
（2）氧气
（3）①停止移动 ②下降 不变
（4）不移动
8.某生物实验小组为“探究酵母菌呼吸方式”设计的如下实验装置。实验中，先向气球中加入10mL酵母菌培养液，再向气球中注入一定量的氧气，扎紧气球，置于装有20℃温水的烧杯中。再将整个装置置于20℃的恒温水浴中，记录实验开始30min后烧杯中液面变化量。试回答：
（1）为了消除各种环境因素的变化带来的实验误差，应设计一对照实验，对照实验装置与上述装置相比，不同之处是将气球中的酵母菌培养液换成 培养液。
（2）实验开始30min后烧杯内液面没有发生变化，原因是 ，如果要确认气球内酵母菌有没有进行无氧呼吸，可以检测发酵液中是否含有 。
（3）若用上述实验装置探究酵母菌无氧呼吸的适宜温度，应作两处调整，分别是：
①第一处调整： ；
②第二处调整： 。
【解析】（1）环境因素如温度、压强的变化也可能导致实验误差，应设计一对照实验，对照实验装置与上述装置相比，将气球中的酵母菌培养液换成加热煮沸后冷却的酵母菌培养液（或不含酵母菌的培养液），观察烧杯中液面变化量。（2）由于酵母菌有氧呼吸消耗的氧气与释放的二氧化碳量相等，所以酵母菌只进行有氧呼吸时，烧杯内液面没有发生变化。酵母菌有氧呼吸的产物只有二氧化碳和水，而无氧呼吸的产物有酒精和二氧化碳，所以如果要确认气球内酵母菌有没有进行无氧呼吸，可以检测发酵液中是否含有酒精即可。（3）若用上述实验装置探究酵母菌无氧呼吸的适宜温度，酵母菌进行无氧呼吸，不能向气球中注入氧气；实验变量是不同的温度，所以取若干相同装置，并置于不同温度的恒温水浴锅。
【答案】（1）加热煮沸后冷却的酵母菌（或不含酵母菌的）
（2）酵母菌只进行了有氧呼吸 酒精
（3）①气球中不注入氧气
②取若干相同装置，并置于不同温度的恒温水浴锅中
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