甲 烷

下面我们先来学习一种最简单的有机物——甲烷。

家居农村的同学可能都有过在池塘中游泳的经历吧，当你的双脚捣动池底的淤泥时，常会感到有些气体从你的身旁向水面逸出。这种气体叫沼气， 它是由植物的残体在隔绝空气的情况下分解而生成的。沼气的主要成分就是甲烷。

【观察与思考】

用排水法收集一试管从贮气袋中排出的甲烷，观察它的颜色和状态。用与检验氢气和一氧化碳纯度相同的方法检验甲烷的纯度。然后点燃从导气管放出的已经检纯了的甲烷，观察火焰的颜色。在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯（图 7－22），观察烧杯壁上有什么现象发生。迅速地把烧杯正放于桌上，将少量澄清石灰水注入烧杯，振荡观察石灰水有什么变化。

【问题讨论】

通过以上实验的观察可知： 1.甲烷具有哪些物理性质？

1. 甲烷燃烧的产物有哪些？

2. 甲烷的成分里一定含有哪些元素？

甲烷是一种无色、无气味的气体，密度比空气小，难溶于水，它由碳、氢两种元素所组成，化学式是 CH4。

甲烷的重要化学性质之一是能燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量的热。

CH4+2O2 CO2+2H2O+热量

所以甲烷是一种很好的气体燃料。由于点燃甲烷跟氧气或空气的混合气体会发生爆炸，因此，在点燃甲烷前，先要检验纯度。在煤矿的坑道里存在着一种叫坑气的可燃性气体，其主要成分也是甲烷，所以在采煤坑道里禁止使用明火。

自然界里除了在池沼和坑道里存在甲烷外，在某些地下深处蕴藏着一种以甲烷为主要成分的可燃性气体——天然气，它是当今世界上最重要的气体燃料。我国是最早使用天然气的国家。据记载，我国在 1000 多年前就已经利用天然气熬制井盐了。

甲烷除用作燃料外，还是一种重要的化工原料。

近年来，我国农村正在推广建造沼气池来人工制造沼气，据 1990 年统

计，我国已有沼气池 338.1 万个。沼气池是一个密闭的容器。把秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物质投到沼气池中，经过几天的发酵就有大量的沼气生成。只要控制好条件，定期取出旧料、添加新料，沼气就能持续不断地产生，所产生的沼气不但可用来烧饭、点灯，还可用来发电。沼气池中的物料发酵后，成为一种很好的肥料。所以大力推广和综合利用沼气不但可以解决或缓解农村燃料的短缺问题，而且还可以改善环境卫生，提高肥料的质量， 对发展农业生产具有十分重要的意义。

酒精

【实验与思考】

取盛有酒精的试剂瓶，观察其颜色和状态，打开瓶塞，闻其气味。

取一支试管，注入酒精 1 毫升，再逐滴加入蒸馏水直至 2 毫升，观察其溶解情况。

另取两支试管，分别注入酒精和蒸馏水各 2 毫升，分别加入少量松香粉末，观察它们的溶解情况。

酒精是大家十分熟悉的物质。它是一种无色透明的液体，具有特殊的气味，易挥发，能与水以任何比例互溶。通常所用的酒精一般是 95％的酒精溶液；医用消毒酒精是 75％左右的酒精溶液。各种饮料酒中都含有不同量的酒精。有些在水中难溶的有机物可以溶解在酒精里。

生产酒精可用高粱、玉米、山芋等为原料，将它们经过发酵等步骤先制得酒，再将酒蒸馏而得酒精。“酒精”这个俗名就是由此而来的，它的学名叫“乙醇”，化学式常写作 CH2H5OH。

酒精对人体有兴奋神经、加速血液循环的作用。但饮酒过量，会引起神经麻痹、视觉模糊、失去控制，并刺激心脏、损害肝脏和大脑，有害健康。大量饮酒，身体将造成永久性损害，甚至死亡。

酒精燃烧时生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。

C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O+热量

所以酒精是一种很好的液体燃料，除实验室用作酒精灯的燃料外，还常作内燃机的燃料。此外，酒精也是一种重要的化工原料和溶剂。

甲醇

【实验与思考】

取盛有甲醇的试剂瓶，观察其颜色和状态。打开瓶塞，闻它的气味，并与乙醇相比较。取一支试管，注入甲醇 1 毫升，再逐滴加入蒸馏水直至 2 毫

升，观察其溶解情况。另取一支试管，注入甲醇 1 毫升，逐滴加入酒精直至

2 毫升，观察两者的互溶情况。取小棉团一块，用镊子夹住，蘸取甲醇少许， 点燃，观察现象，并与乙醇的燃烧相比较。从实验可知甲醇的性质与乙醇十分相似：它也是一种无色透明具特殊气味的易挥发液体；也能与水以任意比例混溶，而且能以任意比例与乙醇相混溶；也能燃烧，燃烧产物也是二氧化碳和水。但甲醇的组成与乙醇不同，它的化学式常写作 CH3OH。它不同于乙醇的重要特性之一是具有毒性。饮用含甲醇 10 毫升/千克以上的酒就能使眼

睛失明，若严重中毒能致死，致死量为 25 克。由于一般工业酒精中含有一定量的甲醇，所以严禁用工业酒精调制饮用酒类。

甲醇也是一种重要的化工原料，工业上还常用它作为抗冻剂和溶剂。醋酸

醋酸是食醋的主要成分，它的学名叫乙酸，化学式常写作 CH3COOH。纯净的乙酸是一种有强烈刺激性气味的无色液体，温度低于 16.6℃时凝结成像冰一样的晶体，所以无水的乙酸又叫做冰醋酸。醋酸作为一种酸，跟盐酸、硫酸一样溶于水时也能电离，而且电离出来的阳离子也全部是氢离子。每一个发生电离的醋酸分子只能电离出一个氢离子（H＋）和一个醋酸根离子

（CH3COO－）。

【观察与思考】

在试管内注入醋酸溶液 2 毫升，投入一片除去表面氧化物的镁条，观察现象。再取一支试管倒扣在该试管上方，用排气法收集所产生的气体，然后管口向下移到酒精灯的火焰上点燃，观察现象（图 7－24）。

从实验可见，醋酸也能跟活泼金属发生置换反应放出氢气。所以家用的铝制器皿不要盛放食醋和醋腌食品，以免被腐蚀。

工业上醋酸是一种用途很广的化工原料，制造醋酸纤维、香料等都要用到醋酸。

【选学】有机化合物的应用

有机化合物与我们人类的关系十分密切。可以毫不夸张地说，人类的生存和生活一步也离不开有机化合物。

首先，人类赖以生存的三大营养要素——糖类、油脂和蛋白质都是有机化合物。

糖类包括葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉和纤维素等。大米、面粉的主要成分就是淀粉。通常用（C6H10O5）n 来表示淀粉的组成，其中 n 的数值达几百

到几千，化学式量从几万到几十万。这种化学式量很大的化合物叫做高分子化合物。淀粉进入人体后，在生物催化剂——酶的作用下，先转变成麦芽糖

（化学式为 C12H22O11），然后转化成葡萄糖（化学式为 C6H12O6）。葡萄糖被肠吸收后进入血液，随着血液输送到人体各组织，其中大部分氧化而提供生命活动所需的能量。纤维素是组成和淀粉相似的一类高分子化合物，它的化学式量也达几十万。纤维素大量地存在于植物体内。棉花就是最常见的纤维素，它是纺织工业的原料。木材中也含有大量纤维素，我们学习上用的纸就是以纤维素为主要原料制成的。

我们平常食用的豆油、花生油、菜油、猪油、牛油、羊油等都属于油脂。油脂在人体内经过酶的作用转化成高级脂肪酸和甘油。这两种物质经吸收后除一部分在体内重新生成脂肪外，另一部分也被氧化而提供生命活动所需的能量。油脂常用来制肥皂。肥皂的主要成分是高级脂肪酸的钠盐，它是用油脂与碱反应而制成的。

蛋白质是构成细胞的基本物质。动物的各种肌肉组织、血液等的主要成分都是蛋白质，植物的各种器官也都含有蛋白质，所以它广泛存在于生物体内。蛋白质的种类很多，结构非常复杂，但它们的分子里都含有氮元素，都

按一定顺序结合起来的有机高分子化合物。像 1965 年我国科学家在世界上第

一次用人工方法合成的蛋白质——结晶牛胰岛素的分子就是由 51 个氨基酸分子结合而成的。蛋白质进入人体后，在酶的作用下转化成多种氨基酸，这些氨基酸在体内重新结合成人体所需要的各种蛋白质。所以蛋白质是人们不可缺少的营养要素之一。

上面所介绍的淀粉、纤维素和蛋白质都是自然界中存在的天然有机高分子化合物。在生活中，我们还经常接触到许多由人工合成的有机高分子化合物，称为合成有机高分子化合物。这类高分子化合物主要有塑料、合成纤维和合成橡胶三大类，常称为三大合成材料。

塑料是一类具有可塑性的有机高分子化合物材料。它们在一定的温度下会软化而具有可塑性，趁热把它们压制成型，冷却后就形成各种形状的塑料制品。由于它们具有良好的绝缘性和耐腐蚀性，所以用途很广。常见的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和酚醛树脂等。聚乙烯常用来制成食品袋、食品包装薄膜、塑料餐具等。聚氯乙烯常制成农用薄膜、各种管材、板材等。聚苯乙烯常用来制成玩具、收音机和电视机的机壳、建筑材料和包装材料等。酚醛树脂常和其它物质配制成“电木粉”，用以压制各种电器外壳。

纤维有天然纤维和化学纤维两大类。天然纤维中又有植物纤维和动物纤维两种。像棉花就属于植物纤维，而蚕丝、兔毛、羊毛等就属于动物纤维。化学纤维也有两种，一种叫人造纤维，它是以天然纤维为原料经加工而成的纤维，如“人造丝”；另一种就是三大合成材料中的合成纤维，它是利用石油、天然气、煤和农副产品等作为原料，经过多步化学反应而制成的纤维。由于合成纤维具有高强度、耐酸碱、密度小、弹性好等特点，所以在工业、国防和日常生活中应用十分广泛，常见的合成纤维有锦纶、涤纶和腈纶等。锦纶就是平常所说的“尼龙”，常用来编织内衣、手套和尼龙袜等。涤纶又叫“的确良”，常织成面料、制成服装。腈纶也叫“奥纶”，常用来制成毛

线、毛衣、膨体纱等。江苏省仪征化纤联合企业年产合成纤维和切片达 50 万吨，是目前亚洲最大的化纤厂。

橡胶也有两大类。一类叫天然橡胶，它是用橡胶树中的胶乳炼制而成的； 另一类就是合成橡胶，它是根据天然橡胶的化学结构，利用石油、天然气等为原料由人工合成的。由于橡胶树是一种亚热带植物，不可能大面积种植， 所以天然橡胶的产量有限。这样，合成橡胶工业的发展就具有十分重要的意义和广阔的前途。目前合成橡胶广泛应用于国防、工业、农业、医疗、交通和日常生活中。常用的合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶和氯丁橡胶等。

从以上介绍中可以看出，三大合成材料主要是以石油、天然气等为原料合成的。其中在天然气中和石油加工工业中提取的乙烯，更是重要的合成原料。像塑料中的聚乙烯、聚苯乙烯，合成纤维中的腈纶，合成橡胶中的丁苯橡胶等都是以乙烯为原料来合成的。乙烯的化学式为 C2H4，常温下为气态。它除了是三大合成材料的基础原料外，又是农药、有机溶剂、化学试剂等的原料。乙烯还是一种植物生长调节剂，可用来催熟果实。所以乙烯工业的发展可以带动其它石油化工的发展。国际上都是以乙烯的产量来衡量一个国家化学工业特别是石油化工的发展水平的。扬子石油化工公司以年产 30 万吨乙烯而著名于大江南北。