共价键与简单分子
化学· 2.5· 20 分钟阅读
1. 核心：什么是共价键？★★☆☆☆⏱ 5 min
共价键
两个非金属原子共享一对或多对电子时形成的化学键，最终使共享电子与两个原子的正电原子核之间产生静电吸引力。
共价键仅存在于非金属元素之间，因为两个原子都需要获得电子以达到稳定的满外层电子结构（稀有气体构型）。该过程中没有电子发生转移，因此不会形成带电离子。
解释为什么两个氢原子会形成共价键，而不是发生电子转移。
- 1
- 每个氢原子的唯一电子层中只有1个电子，需要再获得1个电子才能填满该电子层，达到稳定状态。
- 2
- 两个氢原子都无法轻易失去仅有的1个电子，因为这需要输入极高的能量。
- 3
- 因此两个原子共享各自的单电子，形成共用电子对：现在每个原子都能获得2个电子，形成满外层电子结构。
Exam tip:
考试作答时务必明确说明共价键存在于非金属原子之间，才能拿到全部分数。
2. 核心：简单分子的点叉图★★★☆☆⏱ 7 min
点叉图用于表示共价分子中的电子排布。来自一个原子的电子用点表示，来自另一个原子的电子用叉表示，以此标注每个共享电子的来源。在IGCSE考试要求的示意图中，仅需画出外层电子。
画出分子中每个原子的外层电子层
计算每个原子填满外层电子所需的电子数（通常为8个，氢原子除外，氢仅需2个）
排布原子位置，使每一对共享电子都能同时计入两个成键原子的外层电子总数
在每个原子上画出非成键（孤对）电子以及共享电子对
画出水分子（H₂O）的点叉图。
- 1
- 氧原子有6个外层电子，还需要2个电子填满外层。每个氢原子有1个外层电子，还需要1个电子填满外层。
- 2
- 将氧原子放在中心位置，两个氢原子分别放在氧原子的两侧。
- 3
- 在氧原子和每个氢原子之间共享一对电子：这样每个氢原子都拥有2个电子，氧原子总共拥有8个电子。
- 4
- 将氧原子上剩余的4个电子画为两个独立的孤对电子。
画出氯化氢分子（HCl）的点叉图。
- 1
- 氯原子有7个外层电子，还需要1个电子填满外层。氢原子有1个外层电子，还需要1个电子填满外层。
- 2
- 在氢原子和氯原子之间共享一对电子：这样氢原子拥有2个电子，氯原子拥有满外层的8个电子。
- 3
- 将氯原子上剩余的6个电子画为三个独立的孤对电子。
Exam tip:
在0620考试中，绘制点叉图时不需要画出内层电子层，仅需画出每个原子的外层电子即可。
3. 核心：简单共价分子物质的性质★★☆☆☆⏱ 4 min
简单共价分子物质的特征性质直接由其结构决定：
熔沸点低：室温下大多数为液体或气体
在任何状态下（固态、液态、溶解态）都不导电
通常不溶于水，但可溶于乙醇等有机溶剂
解释为什么甲烷（CH₄）的沸点为-161°C。
- 1
- 甲烷是一种简单共价分子。
- 2
- 每个甲烷分子内部的共价键非常强，但单个甲烷分子之间的弱分子间作用力只需要极少能量就可以被克服。
- 3
- 甲烷沸腾时，仅弱分子间作用力断裂，强共价键并未断裂，因此其沸点极低。
4. 拓展：分子间作用力与分子大小★★★★☆Extended 专属⏱ 4 min
分子间作用力
单个共价分子之间的弱吸引力，强度远低于分子内部的共价键。
随着共价分子尺寸增大（即每个分子中的原子数和相对分子质量增加），分子之间的分子间作用力强度也会随之增大。这意味着需要更多能量来克服这些作用力，因此更大的简单共价分子的熔沸点更高。
解释为什么碘（I₂）的沸点远高于氯（Cl₂）。
- 1
- 碘和氯都是简单双原子共价分子。
- 2
- 碘分子比氯分子更大，拥有更多电子，相对分子质量也更高。
- 3
- 碘分子之间的分子间作用力比氯分子之间的分子间作用力更强。
- 4
- 克服碘分子中更强的分子间作用力需要更多能量，因此碘的沸点更高。
Exam tip:
绝对不要表述为简单分子物质熔化或沸腾时共价键会断裂：这是非常常见的考试失分错误，实际上只有弱分子间作用力会断裂。
5. 常见陷阱
错误做法:
声称简单共价化合物在熔融状态下可以导电
原因:
即使处于液态，简单共价化合物也不存在可自由移动的离子或离域电子来传输电荷
正确做法:
明确说明简单共价化合物在任何状态下都不导电，包括熔融态或溶于水的状态
错误做法:
认为简单分子物质沸腾时共价键会断裂
原因:
沸腾仅克服分子之间的弱分子间作用力，每个分子内部的强共价键会保持完整
正确做法:
明确指出简单共价物质熔化/沸腾过程中只有分子间作用力会断裂
错误做法:
绘制点叉图时未展示孤对电子
原因:
孤对电子是成键原子外层电子壳层的组成部分，考试绘图中展示孤对电子才能获得全部分数
正确做法:
在点叉图中始终展示所有外层电子，包括未成键的孤对电子
错误做法:
声称共价键在金属和非金属之间形成
原因:
共价键仅在非金属原子之间形成，金属和非金属之间形成的化学键是离子键
正确做法:
在所有作答中明确区分共价键（非金属+非金属）和离子键（金属+非金属）
错误做法:
（仅拓展层级）声称分子间作用力强于共价键
原因:
分子间作用力比分子内共价键弱很多个数量级，这也是简单共价物质沸点较低的原因
正确做法:
在拓展层级的作答中始终明确说明分子间作用力远弱于共价键
6. 速查表
概念 | 核心层级要求 | 拓展层级要求 |
|---|---|---|
共价键定义 | 定义为非金属原子之间的共用电子对，存在与带正电原子核的静电吸引力 | 与核心要求一致 + 对比共价键与分子间作用力的强度 |
点叉图 | 能够绘制 H₂、Cl₂、HCl、H₂O、NH₃、CH₄ 的点叉图 | 与核心要求一致 + 绘制 O₂、CO₂ 以及题目指定的更大简单分子的点叉图 |
简单分子性质 | 列举低熔沸点、不导电、溶解度相关规则 | 与核心要求一致 + 解释分子大小对熔沸点的影响 |
7. 常见问题
简单共价化合物能够导电吗？
几乎所有简单共价化合物在任何状态（固态、液态、溶解态）下都不导电，因为它们不存在可自由移动的带电粒子（离子或离域电子）来传输电荷。
一个非金属原子最多可以形成多少个共价键？
原子能形成的共价键数量等于其填满外层电子壳层所需获得的电子数：例如氧原子需要2个电子填满外层壳层，因此它可以形成2个共价键。
深入阅读
- study_guide离子键（0620 第二单元）
- practice_pack化学键历年真题集
下一步
在掌握共价键和简单分子的内容后，你可以继续学习CIE IGCSE化学0620第二单元的其他化学键类型。拓展层级的考生接下来应当学习巨型共价结构和金属键，之后再学习化学式书写与摩尔计算。核心层级的考生可以继续练习化合物命名和配平化学方程式，之后进入化学反应单元的学习。请务必反复练习点叉图，它是试卷2和试卷4中频繁出现的高分值考题主题。