烷烃

Edexcel 国际GCSE化学· 4.19–4.22, 第4(c)节· 15 分钟阅读

1. 烷烃通式与饱和烃分类★★☆☆☆⏱ 3 min

✓ 计算器

烷烃是结构最简单的烃类家族，仅由碳原子和氢原子构成。所有无支链烷烃都遵循统一的通式规律。

📘 定义

饱和烃

一类碳原子之间仅以单共价键连接，不存在碳碳双键或三键的烃类，因此每个碳原子上连接的氢原子数达到最大值。

例:

Methane ( $C H_{4}$ ) is the simplest saturated hydrocarbon.

C_nH_{2n+2}

对于含有 $n$ 个碳原子的烷烃，氢原子数为 $2 n + 2$ 。例如当 $n = 3$ （丙烷）时，分子式为 $C_{3} H_{8}$ 。该通式仅适用于无支链烷烃，也是本考纲唯一要求你掌握的烷烃类型。

📐 例题

使用烷烃通式计算含有5个碳原子的烷烃的分子式。

1
从题干中确定 $n$ 的数值： $n = 5$
2
$Substitute $n=5$ into the general formula $C_nH_{2n+2}$$
3
$Number of H atoms = $2 \times 5 + 2 = 12$$
4
最终分子式为 $C_{5} H_{12}$ （戊烷）

2. 无支链烷烃的命名（最多5个碳原子）★★☆☆☆⏱ 4 min

无支链烷烃的碳原子呈直链排列，不存在侧链基团。考试要求你熟记前5种无支链烷烃的名称与分子式。

Number of C atoms	Name	Molecular Formula
1	Methane	$C H_{4}$
2	Ethane	$C_{2} H_{6}$
3	Propane	$C_{3} H_{8}$
4	Butane	$C_{4} H_{10}$
5	Pentane	$C_{5} H_{12}$

✓ 快速检测

What is the name of the alkane with molecular formula $C_{4} H_{10}$ ?
- Propane
- Butane
- Pentane
- Ethane
显示答案
Butane —
$C_{4} H_{10}$ has 4 carbon atoms, so the prefix is 'but-' giving the name butane.

3. 绘制烷烃的结构简式与完整结构式★★★☆☆⏱ 4 min

考试可能要求你绘制烷烃（最多5个碳原子）的结构简式（简化表示，展示原子排列无需画出所有化学键）或完整结构式（展示所有原子与所有单键）。

📘 定义

完整结构式

一种分子的结构式，展示分子中的所有原子以及原子间的所有共价键，每根化学键用单根线段表示。

例:

Displayed formula of methane shows a central C atom bonded to 4 separate H atoms with single lines for each C-H bond.

📐 例题

绘制丙烷（ $C_{3} H_{8}$ ）的完整结构式。

1
将三个碳原子沿直线排列，用单共价键依次连接。
2
为每个碳原子补充足够的氢原子，确保每个碳原子总共有4根化学键（碳原子始终形成4根共价键）。
3
两端的两个碳原子各自连接3个氢原子，中间的碳原子连接2个氢原子，总共有8个氢原子。

✓ 快速检测

Which of the following is a requirement for displayed formulae?
- Only show C-C bonds
- Show all C-C and C-H bonds
- Show only the carbon chain
- Use condensed groups like $C H_{3}$
显示答案
Show all C-C and C-H bonds —
Displayed formulae explicitly show every covalent bond in the molecule.

4. 烷烃卤代反应★★★☆☆⏱ 4 min

烷烃通常与大多数常见试剂不发生反应，但在紫外线（UV）照射下可与卤素（例如氯、溴）发生取代反应。

📘 定义

单取代反应

烷烃分子中的一个氢原子被单个卤素原子取代，生成两种产物：卤代烷和卤化氢的反应。

该反应你只需要记住的唯一条件是紫外线（例如太阳光）。考纲明确不要求掌握反应机理（例如自由基反应步骤），因此你无需学习这些内容。

CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl

在该反应中，甲烷的一个氢原子被一个氯原子取代，生成氯甲烷（卤代烷）和氯化氢（卤化氢）。这是单取代反应，因此只有一个氢原子被取代。

📐 例题

写出乙烷（ $C_{2} H_{6}$ ）与溴（ $B r_{2}$ ）在紫外线照射下发生单取代反应的配平符号方程式。

1
确定反应物：乙烷（ $C_{2} H_{6}$ ）和溴（ $B r_{2}$ ），反应条件为紫外线。
2
乙烷中的一个氢原子被一个溴原子取代，生成溴乙烷（ $C_{2} H_{5} B r$ ）和溴化氢（ $H B r$ ）。
3
$C_2H_6 + Br_2 \xrightarrow{UV} C_2H_5Br + HBr$
4
检查方程式是否配平：两侧均含有2个C、6个H、2个Br原子，因此方程式正确。

Exam tip:

作答卤代反应相关题目时，务必在反应箭头上方标注紫外光的反应条件，才能拿到全部分数。

5. 常见陷阱

错误做法:

Using the general formula $C_{n} H_{2 n}$ for alkanes

原因:

That formula applies to alkenes, not alkanes, so you will calculate incorrect molecular formulae

正确做法:

Memorise the alkane general formula $C_{n} H_{2 n + 2}$ , and double check H counts for each alkane

错误做法:

Drawing displayed formula without showing all C-H bonds

原因:

Displayed formula requires every covalent bond to be visible, so missing bonds lose marks

正确做法:

Count the bonds around each carbon to ensure it has 4 bonds total, drawing every C-H and C-C bond explicitly

错误做法:

Naming an alkane with 4 carbon atoms as pentane

原因:

Prefixes correspond to number of carbons: but- is 4, pent- is 5

正确做法:

Memorise the prefixes for 1-5 carbon atoms: meth(1), eth(2), prop(3), but(4), pent(5)

错误做法:

Writing the halogenation reaction without UV as a condition

原因:

Alkanes do not react with halogens at room temperature without UV light, so the condition is required for full marks

正确做法:

Always write UV above the reaction arrow for alkane halogenation equations

错误做法:

Drawing di-substituted products for alkane halogenation reactions

原因:

The specification only requires knowledge of mono-substitution (one H replaced) for this topic

正确做法:

Only write equations where one H atom is replaced by one halogen atom, forming one halogenoalkane and one hydrogen halide

6. 速查表

Concept	Key Details to Recall
General Formula	$C_{n} H_{2 n + 2}$ for all unbranched alkanes
Saturated Hydrocarbon Definition	Only single C-C bonds, no double/triple bonds
First 5 Alkanes	Methane (1C), Ethane (2C), Propane (3C), Butane (4C), Pentane (5C)
Displayed Formula Requirement	Show all C-C and C-H covalent bonds explicitly
Halogenation Reaction	Alkane + Halogen --UV--> Halogenoalkane + Hydrogen halide (mono-substitution only)

7. 常见问题

本次考试我需要掌握支链烷烃的命名吗？

不需要，Edexcel IGCSE 4CH1考纲在该子主题中仅要求掌握最多5个碳原子的无支链烷烃的命名。

烷烃卤代反应的自由基取代反应机理需要掌握吗？

不需要，考纲明确不要求该主题涉及反应机理；你仅需要识记单取代产物、反应物以及紫外光的反应条件即可。

下一步

Now that you have mastered the core properties of alkanes, you can move on to related organic chemistry topics in the Edexcel IGCSE Chemistry 4CH1 specification. Alkanes are the foundational family of hydrocarbons, so understanding their structure and reactivity will help you grasp the key differences between saturated and unsaturated hydrocarbons when you study alkenes next. You will also use your knowledge of alkane properties when learning about crude oil fractionation, cracking, and the use of alkanes as fuels in earlier organic chemistry subtopics. Make sure you practice drawing displayed formulae and writing halogenation equations regularly, as these are common 1-3 mark questions in both Paper 1 and Paper 2 exams.