师：同学们，今天我们学习的内容是有机化合物中碳原子的成键特点。通过本节课的学习，我们要达成以下四个学习目标：一、结合原子结构与共价键知识，推测出有机物中碳原子的四价原则；二、通过模型搭建与证据推理，概括出有机化合物中碳原子的成键特点以及部分简单分子的空间构型；三、在掌握有机物中碳原子成键特点的基础上，总结出有机物种类繁多的原因；四、借助外在模型搭建活动与内在思维活动的紧密结合，掌握使用模型研究物质结构的方法。
有机化合物不仅构成了生命体本身，还为人类的生存及发展提供了必需的食物、药物、材料和燃料。目前，人们在自然界发现和人工合成的物质已超1亿种，其中大多数是有机物，且新的有机物还在不断被发现或合成。面对如此庞大数量的有机物，该如何学习呢？大家回忆一下无机物的学习。
118种元素组成了大量无机物，我们根据元素原子的结构特点，将它们分成不同的族。由于同族元素结构相似，性质也相似。我们重点学习了钠、铁、铝、氮、硫、氯等典型元素及其化合物的性质，然后利用类比的方法预测同族其他元素的性质，这是一种高效的学习方法。
碳是自然界中化合物种类最多的元素，大多数含碳化合物是有机物。我们也可以采用上述高效学习方法，对有机物进行分类，重点学习代表物的性质，再类比到一类物质的性质。首先，我们来学习有机化合物中碳原子的成键特点。
第一，请写出甲烷和四氯化碳的电子式，并思考为何两种物质中原子个数的比例都是1:4。现在请同学们按下暂停键开始练习。
（学生练习后）甲烷和四氯化碳的电子式如下，注意，四氯化碳中氯原子除共用电子外，还有6个电子，别忘写。碳原子最外层有4个电子，需和4个电子共用，形成4个价键，达到8电子稳定状态。每个氢原子和氯原子都能提供一个电子，形成一个价键，所以甲烷和四氯化碳中原子个数比都为1:4。
第二，请从物质组成角度分析CH?Cl?存在的合理性，并写出该物质的结构式。碳原子需要4个电子，氢原子和氯原子都能提供一个电子共用。因此，在氢原子和氯原子总数为4的情况下可以互相替代，所以CH?Cl?这种分子的存在是合理的。其电子式书写如下，关于结构式，同学们可能写出两种，两个氯原子处于对位或者邻位，哪种正确？或者两种都正确吗？后面我们将进行分析。
接下来，请写出含有一个碳原子、一个氧原子，氢原子不限的物质的结构式，并解释其结构的合理性。现在同学们按下暂停键开始练习。
（学生练习后）根据碳原子需4个电子共用，氢原子需一个电子共用，氧原子需两个电子共用。若碳原子共用两个电子，形成碳氧双键，那碳原子只能再结合两个氢原子组成甲醛；若一个碳原子和氧原子之间共用一对电子形成单键，那么碳原子就要再结合三个氢原子，由于氧原子要形成两个价键，还需结合一个氢原子形成甲醇。
第四，请总结书写上述物质结构式过程中的思路。一般情况下，每个碳原子形成4个价键，每个氢原子形成一个价键，每个氯原子形成一个价键，每个氧原子形成两个价键，每个氮原子形成三个价键。碳原子可以与氢、氯、氧、氮、硫等多种非金属原子形成共价键，分子中各原子达到8电子稳定状态，氢原子达到2电子稳定状态。
接下来我们研究有机化合物分子的空间结构。请用克莱因球或橡皮泥与一些竹签搭建甲烷和二氯甲烷的模型，并说出搭建思路。现在请同学们按暂停键开始练习。
（学生练习后）同学们搭建的甲烷模型有两种，一种是平面型，一种是正四面体型。搭建的二氯甲烷有三种，一种是两个氯原子邻位，一种是两个氯原子对位，这是平面型结构，还有同学搭建出第三种四面体结构。这些结构哪些才是真正的结构呢？下面我们来探讨。
先看材料，19世纪中叶前，人们认为二取代甲烷存在两种结构，两个氯原子分别处于相邻和相对位置，显然是两种不同物质。但在实验室中，人们只能合成一种二氯甲烷。再查阅二氯甲烷的物理参数，发现只有一个熔沸点，说明只有一种物质，这表明人们对二氯甲烷结构存在认识局限。
我们来分析大家拼出的三种二氯甲烷的模型，其中绿球代表氯原子，蓝球代表氢原子。如果二氯甲烷是平面结构，第一种情况两个氯原子处于对位结构，如下。第二种，两个氯原子处于邻位结构，如下。但是如果是第三种情况为四面体结构，假设一束光照射过来，反映到平面的投影就是两个氯原子处于对位。大家仔细观察，仅是把模型旋转一定角度到这个位置，再一束光照射过来，反映到平面上，两个氯原子就处于邻位。
根据实验室只能合成一种二氯甲烷，那么二氯甲烷的结构应是哪一种呢？显而易见，四面体结构才是真实的结构。把二氯甲烷的结构停留在平面角度，就解释不了二氯甲烷只有一种的事实，只有从平面拓展到立体才能解释。因此二氯甲烷是四面体结构，同样甲烷也是四面体结构。甲烷的结构特点是正四面体空间结构，碳原子位于中心，四个氢原子位于四个顶点，四个碳氢键长相等，键的夹角是109度28分。现代X射线衍射也证明了甲烷的以上结构特点。