Задания № 11, 12, 15, 17 · ЕГЭ

Классификация углеводородов

Состав, строение, общие формулы и характерные свойства основных классов углеводородов
6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Углеводороды — органические вещества, состоящие только из атомов углерода и водорода. Их классифицируют по строению углеродной цепи и по наличию кратных связей: выделяют алканы, алкены, алкины, диены и арены.

Перед изучением темы полезно повторить классификацию органических веществ. В молекулах углеводородов атомы углерода соединяются одинарными, двойными или тройными связями. Углерод четырёхвалентен, поэтому число атомов водорода определяется тем, сколько связей углерода уже занято.

Как устроена классификация

D
Углеводороды

Углеводороды — вещества, молекулы которых содержат только атомы углерода и водорода. Цепь атомов углерода может быть открытой или замкнутой, а связи между атомами — одинарными или кратными.

  • Предельные углеводороды содержат только одинарные связи C–C. К ним относятся алканы; в школьной классификации отдельно рассматривают также циклоалканы.
  • Непредельные углеводороды имеют одну или несколько двойных либо тройных связей. Это алкены, алкины и диены.
  • Ароматические углеводороды, или арены, содержат бензольное кольцо с особой системой сопряжённых связей.
T
Степень ненасыщенности

Каждая дополнительная связь между атомами углерода уменьшает число атомов водорода в сравнении с алканом: двойная связь уменьшает его на 2, тройная — на 4. Поэтому по формуле можно предположить наличие кратных связей или цикла.

Открытоцепные углеводороды

КлассОсобенность строенияОбщая формулаТипичные реакции
АлканыТолько одинарные связи C–C\(\mathrm{C_nH_{2n+2}}\)Замещение, горение
АлкеныОдна двойная связь C=C\(\mathrm{C_nH_{2n}}\)Присоединение, полимеризация
АлкиныОдна тройная связь C≡C\(\mathrm{C_nH_{2n-2}}\)Присоединение, горение
ДиеныДве двойные связи\(\mathrm{C_nH_{2n-2}}\)Присоединение, полимеризация

Алканы — насыщенные ациклические углеводороды. Их углеродная цепь может быть нормальной или разветвлённой. В обычных условиях низшие алканы — газы, средние — жидкости, высшие — твёрдые вещества. Для алканов характерны реакции замещения, например взаимодействие с хлором на свету.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HClЗамещение атома водорода в метане атомом хлора на свету.

Алкены содержат одну двойную связь. У атомов углерода при этой связи меняется пространственное расположение, поэтому вращение вокруг связи C=C невозможно. Для алкенов особенно характерны реакции присоединения: атомы или группы атомов присоединяются по месту разрыва π-связи. Этен обесцвечивает бромную воду — это качественная реакция на двойную связь.

CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2BrПрисоединение брома к этену.

Алкины имеют одну тройную связь C≡C. Наиболее простой представитель — этин, \(\mathrm{C_2H_2}\). Тройная связь содержит одну σ-связь и две π-связи, поэтому алкины способны присоединять реагенты поэтапно. Для них также характерны горение и реакции присоединения водорода, галогенов и галогеноводородов.

Алкадиены содержат две двойные связи. Если они разделены одной одинарной связью, их называют сопряжёнными: фрагмент имеет вид C=C–C=C. Сопряжение влияет на устойчивость и реакционную способность. Важная реакция диенов — присоединение по системе двойных связей и полимеризация; общую формулу удобно вывести отдельно на странице общая формула диенов.

Микро-проверка

Какой класс соответствует формуле \(\mathrm{C_5H_{10}}\) для открытой углеродной цепи?

Арены и бензольное кольцо

Арены — ароматические углеводороды, содержащие одно или несколько бензольных колец. Простейший представитель — бензол \(\mathrm{C_6H_6}\). В школьной модели шесть атомов углерода образуют плоское кольцо, а π-электроны распределены по всей системе; поэтому связи в кольце нельзя полностью считать чередующимися одинарными и двойными.

D
Бензольное кольцо

Бензольное кольцо — замкнутая система из шести атомов углерода с общей делокализованной π-электронной системой. Для бензола характерны устойчивость кольца и реакции замещения, а не обычного присоединения.

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBrЗамещение в бензоле происходит в присутствии катализатора; условия указываются в условии задачи.

Для моноядерных аренов с одним бензольным кольцом и насыщенными боковыми цепями часто используют общую формулу \(\mathrm{C_nH_{2n-6}}\). Она применима к гомологам бензола, например толуолу \(\mathrm{C_7H_8}\). Формула не заменяет анализ строения: одно и то же соотношение углерода и водорода может встречаться у разных изомеров.

Как определить класс по формуле

Сначала найдите число атомов углерода \(n\), затем сравните число атомов водорода с формулами классов. Для открытой цепи без циклов формула \(\mathrm{C_nH_{2n+2}}\) указывает на алкан, \(\mathrm{C_nH_{2n}}\) — обычно на алкен с одной двойной связью, а \(\mathrm{C_nH_{2n-2}}\) — на алкин с одной тройной связью или диен с двумя двойными связями. Окончательный вывод делают по структурной формуле.

№
Разбор экзаменационного типа

Определим класс вещества с формулой \(\mathrm{C_6H_{10}}\), если известно, что цепь открытая и в молекуле одна тройная связь.

1
Для открытой цепи с одной тройной связью проверяем формулу алкинов.
\(\displaystyle \mathrm{C_nH_{2n-2}}\)
2
Подставим \(n=6\).
\(\displaystyle \mathrm{H=2\cdot6-2=10}\)
3
Полученная формула совпадает с условием.
\(\displaystyle \mathrm{C_6H_{10}}=\mathrm{C_nH_{2n-2}}\)
4
Следовательно, вещество относится к алкинам; наличие тройной связи подтверждено условием.
\(\displaystyle \boxed{\text{класс — алкины}}\)

Если структурная формула неизвестна, одной молекулярной формулы иногда недостаточно: \(\mathrm{C_6H_{10}}\) может соответствовать не только алкину, но и диену или циклическому соединению. Поэтому учитывайте слова «открытая цепь», число кратных связей и наличие цикла.

12345678910246810121416182022n — число атомов углеродаH — число атомов водородаалканы: H = 2n + 2
Зависимость числа атомов водорода от числа атомов углерода в общей формуле алканов.

Сравнение свойств и частые ошибки

ПризнакАлканыАлкены, алкины, диеныАрены
НасыщенностьНасыщенныеНепредельныеАроматическая система
Основной тип реакцииЗамещениеПрисоединениеЗамещение в кольце
Бромная водаНе обесцвечивают без специальных условийОбычно обесцвечиваютНе рассматривают как обычную реакцию присоединения
СвязиТолько σ-связиЕсть π-связиДелокализованная π-система
!
Частые ошибки

1. Не путайте формулу алкенов \(\mathrm{C_nH_{2n}}\) с формулой аренов: такая же формула может быть у циклоалканов. 2. Не считайте бензол обычным алкеном: его кольцо вступает преимущественно в замещение. 3. Не делайте вывод о диене только по формуле \(\mathrm{C_nH_{2n-2}}\): такую же формулу имеют алкины. 4. В уравнении присоединения сохраняйте число атомов каждого элемента. 5. При сравнении свойств учитывайте не только состав, но и строение.

Приём для задач

Составьте короткую цепочку рассуждения: открытая или замкнутая цепь → есть ли кратные связи → сколько их → какая общая формула подходит → какая реакция ожидаема.

Проверка усвоения

Q
Быстрый тест по теме

Quick-test

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · формулы
Какая общая формула у алканов?
Главное за минуту

Главное

  • Алканы содержат только одинарные связи и имеют формулу \(\mathrm{C_nH_{2n+2}}\).
  • Алкены, алкины и диены — непредельные углеводороды; их свойства связаны с π-связями.
  • Формула \(\mathrm{C_nH_{2n-2}}\) может соответствовать алкину или диену, поэтому важно знать строение.
  • Арены содержат бензольное кольцо и обычно вступают в реакции замещения.
  • При определении класса учитывайте состав, открытость цепи, число кратных связей и типичные реакции.