В органической химии реакции окисления и восстановления рассматриваются как реакции, связанные с потерей и приобретением органическим соединением атомов водорода и кислорода (часть I. Реакции окисления и восстановления). Эти процессы, естественно, сопровождаются изменением степеней окисления атомов.

Окисление органического вещества — введение в его состав кислорода и (или) отщепление водорода.
Восстановление — обратный процесс (введение водорода и отщепление кислорода).

Учитывая состав алканов (С_nH_2n+2), можно сделать вывод о их неспособности вступать в реакции восстановления, но возможности участвовать в реакциях окисления. Алканы — соединения с низкими степенями окисления углерода, и в зависимости от условий реакции они могут окисляться с образованием различных продуктов.

При обычной температуре алканы не вступают в реакции даже с сильными окислителями (Н₂Cr₂O₇, KMnO₄ и т.п.).Подобные соединения относятся к окислителям ионного типа и не действуют на алканы, для которых ионные реакции не характерны. Однако при контакте с открытым источником огня алканы горят, окисляясь кислородом воздуха.

При горенииГорение – процесс быстрого высокотемпературного окисления, состоящий из большого числа элементарных окислительно-восстановительных реакций, обусловленных перераспределением валентных электронов. углеводородов в избытке кислорода происходит их полное окисление до СО₂, где углерод имеет высшую степень окисления +4, и воды. Процесс сопровождается разрывом всех связей С–С и С–Н с выделением большого количества тепла (экзотермическая реакция): CH₄   +   2O₂   CO₂ +   2H₂O  +  890 кДж/моль

Схема превращений при окислении метана
 

C₂H₆ + 3,5O₂   2CO₂ + 3H₂O + 1560 кДж/моль
C₃H₈   +   5O₂  3CO₂ + 4H₂O + 2220 кДж/моль
C₄H₁₀ + 6,5O₂ 4CO₂ + 5H₂O + 2878 кДж/моль
Уравнение реакции горения алканов в общем виде:

Низшие газообразные гомологи (C₁-C₄), а также пары легкокипящих жидких алканов (C₅-C₇) легко воспламеняются и образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Это необходимо учитывать при использовании в производственных и бытовых условиях магистрального газа (метан), бытового газа в баллонах (пропан-бутановая смесь), бензина и т.п. Алканы, содержащие девять или более атомов углерода, загораются труднее (при нагревании) и менее пожароопасны.

Видеоопыт "Взрыв смеси метана с кислородом"
Видеоопыт "Горение жидких алканов"
Видеоопыт "Горение парафина"

Процесс горения углеводородов — основной источник энергии для всех сфер хозяйственно-экономической деятельности (промышленность, транспорт, коммунальные хозяйства и т.п.). На углеводородном топливе работают двигатели внутреннего сгорания, тепловые электростанции, котельные и др.

Горение алканов в недостатке кислорода приводит к продуктам неполного окисления. Из общего уравнения реакции горения алканов следует, что с увеличением числа углеродных атомов (n) в молекулах увеличивается количество кислорода, необходимого для их полного окисления до СO₂. При горении высших алканов (n >>1) кислорода, содержащегося в воздухе, может оказаться недостаточно и тогда образуются продукты частичного окисления:
    - угарный газ СО (степень окисления углерода +2),
    - сажа (мелкодисперсный углерод, нулевая степень окисления).
Поэтому высшие алканы горят на воздухе коптящим пламенем, а выделяющийся попутно токсичный угарный газ (без запаха и цвета) представляет опасность для человека и животных (концентрация СО в воздухе более 0,1 % — смертельна!).
Горение метана при недостатке кислорода происходит по уравнениям:

С целью получения ряда полезных продуктов проводится частичное окисление алканов при относительно невысокой температуре и в присутствии катализаторов. При этом происходит разрыв только части связей С–С и С–Н. Таким способом могут быть получены карбоновые кислоты, кетоны, альдегиды, спирты. Например, при окислении н-бутана кислородом (катализатор – ацетат кобальта (CH₃COO)₂Co) образуется уксусная кислота: Важное практическое значение имеет паровая конверсия природного газа, которая заключается в окислении метана перегретым водяным паром над Ni-катализатором (Ni/Al₂O₃). В результате паровой конверсии (парового риформинга) образуется смесь оксида углерода (II) с водородом (синтез-газ):

Синтез-газ — экономически доступный базовый полупродукт, играющий ключевую роль в химической промышленности:
• исходное сырье в органическом синтезе метанолаCO + 2H₂ CH₃OH, синтетического бензина (алканы С₆-С₁₂), альдегидов (оксосинтез) и других соединений;
• монооксид углерода из синтез-газа — реагент в органическом синтезе и при получении карбонилов металлов;
• основной источник водорода для химической и нефтехимической промышленности.
Наибольшая доля потребления водорода (около половины мирового производства) приходится на синтез аммиакаN₂ + 3H₂ 2NH₃ — исходного продукта при получении азотсодержащих соединений (азотной кислоты, азотных удобрений, красителей, взрывчатых веществ и др.). Значительные количества водорода требуются для процессов гидроочистки нефтепродуктов, гидрирования непредельных соединений, в том числе для гидрогенизации жиров (превращение растительных масел в твёрдые жиры). Водород широко используется как восстановитель в органическом синтезе и при выделении металлов из их оксидов.

В связи с перспективой развития водородной энергетикиВодородная энергетика — комплекс технологий, включающий способы получения, хранения, транспортировки и использования водорода как источника энергии. Это альтернатива углеродной (углеводородной) энергетике, вредной для окружающей среды.
Наряду с паровой конверсией природного газа для получения водорода предлагается также более дорогой, но экологически безвредный способ — электролиз воды. возрастает роль водорода как экологически чистогоЕдинственным продуктом
сгорания водорода
является вода:
2H₂ + O₂ 2H₂O и эффективного топлива.Водород обладает высокой теплотворной способностью: удельная теплота его сгорания 120-140 МДж/кг, что значительно выше аналогичной характеристики для углеводородов (~50 МДж/кг).
Пример использования водородного топлива (2017 г.), видео