高一化學入門：從甲烷開始，把有機化學變成生活里的常識

你家廚房的燃氣灶，燒的是什么？不是煤氣，也不是液化氣，準確說，是甲烷。它無色無味，卻能點燃一灶火，煮熟一頓飯。高一化學第一課講甲烷，不是為了讓你背方程式，而是讓你知道，課本里的字，就在你家灶臺下。

甲烷的分子式是CH。一個碳，四個氫，像四只手緊緊抱著中間的碳原子。它穩定，不容易自己分解，但遇到火，就會劇烈反應：CH(g) + 2O(g) → CO(g) + 2HO(l)。這不是實驗室的魔術，是天然氣燃燒的真實過程。你每天呼吸的空氣里，有氧氣；你燒的燃氣，有甲烷。

它們一碰，就生成二氧化碳和水蒸氣。這就是氧化反應——不是高深術語，是能量釋放的日常。

但甲烷不只是能燒。它還能“換人”。在光照下，氯氣悄悄靠近甲烷，一個氫原子被氯原子替換，生成氯甲烷和氯化氫：CH + Cl → CHCl + HCl。這叫取代反應。聽起來復雜，其實就像你換掉舊手機里的電池，不是整個扔掉，而是換一個零件繼續用。甲烷分子里的氫，被氯“換”走了，剩下的部分還在。

這種反應在工業上用來生產溶劑、制冷劑，但在家里，你可能聞到過新家具的氣味——那里面，可能就有微量的氯甲烷。

烷烴家族，是甲烷的親戚。它們都長一個樣：碳鏈上連著氫，沒有雙鍵，沒有環。通式是CH。n=1，是甲烷；n=2，是乙烷；n=3，是丙烷，你家的液化氣罐里就有它。n到4，是丁烷，打火機里裝的就是它。這四個，常溫下是氣體。n=5開始，是液體，像汽油、煤油；n=17以上，是固體，像蠟燭。

它們都不溶于水，浮在水面上，比水輕。你倒一勺食用油進水里，它不沉，也不混，就是這個道理。

碳原子數少于十的烷烴，名字有規律：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。這不是古文背誦，是化學的密碼本。你記住“甲乙丙丁”，就知道前四個是氣體；知道“戊己庚辛”，就知道接下來是液體。名字不是亂起的，是按順序排的。就像你班上同學按學號坐，化學家給分子起名，也是按碳數排隊。

同系物，是這個家族的成員。它們結構相似，比如甲烷、乙烷、丙烷，都是直鏈，都是單鍵，只是碳鏈長了一截。乙烷比甲烷多一個CH，丙烷比乙烷又多一個CH。它們化學性質相近，物理性質慢慢變：沸點升高，密度增大。這不是巧合，是規律。你家的燃氣從天然氣換成液化氣，燃燒效率變了，但本質沒變——都是烷烴。

同分異構體，是長得一樣、性格不同的 twins。比如丁烷，可以是直鏈的正丁烷，也可以是帶個“小尾巴”的異丁烷。分子式都是CH，但結構不同，沸點就差十幾度。正丁烷沸點-0.5℃，異丁烷是-11.7℃。在工業上，這差別能決定它能不能當制冷劑。

你不用記數值，但要知道：同一個分子式，能有不同“長相”，就像同一套樂高積木，能拼出飛機，也能拼出船。

同素異形體，是同一種元素的不同“變身”。碳可以是石墨，也可以是金剛石。氧氣是O，臭氧是O。它們不是化合物，是單質。你用鉛筆寫字，是石墨；鉆石戒指，是金剛石。成分都是碳，但結構不同，硬度天差地別。這不是化學的冷知識，是材料科學的起點。

同位素，是原子的“雙胞胎”。氫有三種：普通氫（H），氘（H），氚（H）。質子數一樣，都是1，但中子數不同。氘比氫重一倍，氚更重。它們化學性質幾乎一樣，但物理性質不同。重水（DO）不能喝，因為生物體代謝不了。核電站用它做慢化劑。你不用去核電廠，但要知道：原子核里多幾個中子，東西就變了。

這些概念，不是為了考試填空。它們是理解世界的鑰匙。你家的天然氣、打火機、蠟燭、汽油、塑料瓶，背后都是這些分子在跳舞。你聞到的氣味、看到的火焰、摸到的塑料，都和這些結構有關。

別怕記不住通式。你記住：碳越多，沸點越高；碳鏈越長，越像油；結構一變，性質就變。別死背“同系物”“同分異構體”的定義，去想：為什么汽油能點火，蠟燭能凝固？為什么塑料瓶能拉伸，但不溶于水？這些問題的答案，都在這些基礎概念里。

高一化學，不是讓你成為化學家，是讓你看懂生活。你不用背下所有烷烴的沸點，但你可以知道：為什么天然氣用管道輸，液化氣用鋼瓶裝？為什么汽油能從油箱流出來，瀝青卻得加熱才能鋪路？這些，都是碳氫化合物的“性格”。

你不需要記住所有反應式，但你可以知道：甲烷怎么燒，怎么換氫，怎么變成別的東西。你不需要考試滿分，但你可以和父母聊一句：“咱們家燃氣灶燒的是甲烷，它燃燒后只生成水和二氧化碳，比煤干凈多了。”

這才是學習的意義：不是堆知識，是把知識變成你眼睛里的光。

你學的不是方程式，是世界運行的底層邏輯。