微項目+改進手機電池中的離子導(dǎo)體材料 高中化學(xué) 課件（魯科版2019選擇性必修3）

——有機合成在新型材料研發(fā)中的應(yīng)用微項目

改進手機電池中的離子導(dǎo)體材料魯科版高中化學(xué)選擇性必修3素養(yǎng)目標(biāo)1.通過設(shè)計手機新型電池中的離子導(dǎo)體材料,將研究材料性能問題轉(zhuǎn)化為研究有機化合物的性質(zhì)問題,聚焦有機化合物的功能基團,設(shè)計高分子化合物的分子結(jié)構(gòu),建立從化學(xué)視角分析、解決材料問題的思路和方法,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.合理應(yīng)用逆推法和正推法設(shè)計有機材料的合成路線,并通過合成路線的選擇和評價活動,體會官能團保護、“綠色化學(xué)”等思想,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。鋰離子電池鋰離子電池因其工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無污染、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為目前市場上手機電池的首選。設(shè)計手機新型電池中離子導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)1資料1：某鋰離子電池負(fù)極材料為石墨，正極材料為過渡金屬氧化物，離子導(dǎo)體由鋰鹽摻雜在液態(tài)的有機溶劑中形成。電池在放電時，外電路中電子從負(fù)極移動到正極，內(nèi)電路中鋰離子通過有機溶劑的傳導(dǎo)從負(fù)極移動到正極，形成閉合回路；充電時，內(nèi)電路中鋰離子同樣通過有機溶劑的傳導(dǎo)從正極移動到負(fù)極。【問題1.1】為使鋰離子電池正常工作，同時避免有機溶劑為液態(tài)時帶來的安全隱患，理想的離子導(dǎo)體材料中的有機溶劑應(yīng)該具備哪些基本性能？溶解并傳導(dǎo)鋰離子性能穩(wěn)定且為固態(tài)資料2：傳統(tǒng)鋰離子電池中一般使用LiClO4、LiPF6、LiBF4等鋰鹽作為電解質(zhì)，酯類對其有較好的溶解性。依據(jù)溶解性的要求，通常使用碳酸丙烯酯（PC）、碳酸丁烯酯（BC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）中的一種或幾種含酯基的混合物作為有機溶劑。資料3：醚鍵的化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，它能通過醚氧原子與鋰離子之間不斷地結(jié)合、分離而實現(xiàn)離子傳導(dǎo)。例如，分子中含有—CH2CH2O—、—CH2CH2OCH2CH2O—、—CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O—等醚鍵結(jié)構(gòu)單元的有機化合物，對鋰鹽均能起到良好的離子導(dǎo)體的作用?！締栴}1.1】為使鋰離子電池正常工作，同時避免有機溶劑為液態(tài)時帶來的安全隱患，理想的離子導(dǎo)體材料中的有機溶劑應(yīng)該具備哪些基本性能？溶解并傳導(dǎo)鋰離子性能穩(wěn)定且為固態(tài)酯基的存在能提高有機溶劑對鋰鹽的溶解性。醚鍵的存在對鋰離子傳導(dǎo)具有良好的效果。具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子新型的有機溶劑應(yīng)該是一種結(jié)構(gòu)單元中有酯基、醚鍵的高分子。

我國科學(xué)家提出以二縮三乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸丁酯的共聚物做有機溶劑的基體，通過與鋰鹽復(fù)合可以形成良好的聚合物離子導(dǎo)體材料，將固態(tài)新型聚合物鋰離子電池的發(fā)展向前推進了一步。開發(fā)材料的思路和方法：材料性能產(chǎn)品需求關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計合成離子導(dǎo)體材料中有機溶劑的單體2合成離子導(dǎo)體材料中有機溶劑的單體——二縮三乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸丁酯活動：利用已有的有機合成知識及課本第148頁《資料卡片》所提供的反應(yīng)信息，以乙烯或丙烯為基礎(chǔ)原料（其他無機試劑任選），設(shè)計二縮三乙二醇二丙烯酸酯和丙烯酸丁酯的合成路線，闡述設(shè)計思路。1.二縮三乙二醇二丙烯酸酯單體是如何獲得的?2.丙烯酸丁酯單體是如何獲得的?(1)通過丙烯酸和正丁醇合成丙烯酸丁酯。

(2)通過1-溴丁烷和丙烯酸鈉在一定條件下合成丙烯酸丁酯:“綠色化學(xué)”合成原則原料：易得廉價，低毒性，低污染反應(yīng)：條件溫和，操作安全，產(chǎn)率高路線：科學(xué)高效，步驟少基于有機合成解決實際材料問題的思路和方法：材料性能產(chǎn)品需求關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計合成路線觀察目標(biāo)化合物分子的結(jié)構(gòu)由目標(biāo)化合物分子逆推原料分子并設(shè)計合成路線對不同的路線進行優(yōu)化目標(biāo)化合物分子的碳骨架特征，官能團的種類和位置目標(biāo)化合物分子碳骨架的構(gòu)建，官能團的引入或轉(zhuǎn)化以綠色合成等思想為指導(dǎo)1、聚甲基丙烯酸甲酯()的縮寫為PMMA,俗稱有機玻璃。下列有關(guān)PMMA的說法錯誤的是(

)A.合成PMMA的單體是甲基丙烯酸和甲醇B.聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示為(C5H8O2)nC.聚甲基丙烯酸甲酯屬于有機高分子合成材料D.甲基丙烯酸甲酯[CH2==C(CH3)COOCH3]中碳原子可能都處于同一平面課堂練習(xí)答案

A解析

聚甲基丙烯酸甲酯的單體為CH2==C(CH3)COOCH3,故A錯誤;由結(jié)構(gòu)簡式可知,聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示為(C5H8O2)n,故B正確;聚甲基丙烯酸甲酯屬于有機高分子合成材料,故C正確;甲基丙烯酸甲酯中

、

均為平面結(jié)構(gòu)且直接相連,則分子中所有碳原子可能都處于同一平面,故D正確。課堂練習(xí)請寫出A、B、C、D的結(jié)構(gòu)簡式:A