第3章 微项目改进手机电池中的离子导体材料-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第三册课件（22张）

(课件网) 第3章有机合成及其应用 合成高分子化合物 微项目：改进手机电池中的离子导体材料 ———有机合成在新型材料研发中的应用 项目学习目标 1.通过设计手机新型电池中的离子导体材料，将研究材料性能问题转化为研究有机化合物的性质问题，聚焦有机化合物的功能基团，设计高分子化合物的分子结构，建立从化学视角分析、解决材料问题的思路和方法。 2.合理应用逆推法和正推法设计有机材料的合成路线。并通过合成路线的选择和评价活动，体会官能团的保护、“绿色化学”等思想。 项目知识背景： 锂离子电池的优点：锂离子电池因其工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无污染、循环寿命长等优点，成为目前市场上手机电池的首选。 锂离子电池的缺点：传统锂离子电池中所用的离子导体多为液态，易发生泄露、爆炸等危险，安全性低。因此，研究人员不断尝试对离子导体材料进行优化和改进。 项目活动1　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 锂离子电池的工作原理 负极材料为石墨，正极材料为过渡金属氧化物，离子导体由锂盐掺杂在液态的有机溶剂中形成。 电池在放电时，外电路中电子从负极移动到正极，内电路中锂离子通过有机溶剂的传导从负极移动到正极，形成闭合回路；充电时，内电路中锂离子同样通过有机溶剂的传导从正极移动到负极。 思考活动1、阅读课本第147页《资料卡片》，如果你是一名电池设计师，请尝试思考、解决下列问题。 ⑴为使锂离子电池正常工作，同时避免有机溶剂为液态时带来的安全隐患，理想的离子导体材料中的有机溶剂应该具备哪些基本性能？ ①溶解并传导锂离子 ②性能稳定且为固态 ②性能稳定且为固态：具有交联结构的高分子满足要求。 ①溶解并传导锂离子：酯基的存在能很好地提高有机溶剂对锂盐的溶解性，醚键的存在对锂离子的传导具有很好的效果。所以，新型的有机溶剂应该是一种结构单元中有酯基、醚键的高分子。 ⑵结合资料中提供的信息，讨论满足上述性能要求的有机溶剂的结构特点，写出满足上述性能要求的有机化合物的结构简式，并交流讨论。 ⑴满足上述性能要求的有机化合物的结构是是一种结构单元中有酯基、醚键的具有交联结构的高分子。 讨论汇报： ⑵我国科学家提出以二缩三乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸丁酯的共聚物做有机溶剂的基体，通过与锂盐复合可以形成良好的聚合物离子导体材料，将固态新型聚合物锂离子电池的发展向前推进了一步。 项目活动2　合成离子导体材料中有机溶剂的单体 ———二缩三乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸丁酯 小组思考活动1、利用已有的有机合成知识及课本第148页《资料卡片》所提供的反应信息，以乙烯或丙烯为基础原料（其他无机试剂任选），设计二缩三乙二醇二丙烯酸酯和丙烯酸丁酯的合成路线，阐述设计思路。 用逆推和正推相结合的方式设计二缩三乙二醇二丙烯酸酯和丙烯酸丁酯的合成路线： 丙烯酸丁酯的合成路线： 官能团的保护 小组思考活动2、设计出不同的合成路线后，如何选择和优化合成路线？ ⑴符合化学原理； ⑵操作安全可靠，步骤尽量简单； ⑶符合绿色合成思想： ①原子经济性 ②原料绿色化 ③试剂和催化剂无公害性 基于有机合成解决实际材料问题的思路和方法： 材料性能 产品需求 关键结构单元 结构设计 设计合成路线 观察目标化合物分子的结构 由目标化合物分子逆推原料分子并设计合成路线 对不同的路线进行优化 目标化合物分子的碳骨架特征，官能团的种类和位置 目标化合物分子碳骨架的构建，官能团的引入或转化 以绿色合成等思想为指导 项目成果展示 练习 1、化合物G是一种药物合成中间体，其合成路线如下： 回答下列问题：（1）A中的官能团名称是_____。（2）碳原子上连有4个不同的原子或基团时，该 ... ...