第3章 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 课件（45张ppt）

※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 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,培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。 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,体会官能团保护、“绿色化学”等思想,树立科学态度与社会责任。 必备知识 1.锂离子电池工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无污染、循环寿命长。 2.电池放电时,外电路中电子由负极移动到正极,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;电池充电时,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。 3.酯基的存在能够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传导具有很好的效果。 4.有机溶剂应该性能稳定且为固态,具有交联结构的高分子能够满足这一要求。 5.通常利用与卤化氢加成再消去的方法进行碳碳双键的保护。 必备知识 【微思考】 写出苯乙烯与丙烯酸甲酯共聚的化学反应方程式。 探究一 探究二 随堂检测 设计手机新型电池中离子导体材料的结构 问题探究 电池充电时负极与外电源的哪一极连接?电池充电时锂离子向哪移动? 探究一 探究二 随堂检测 提示:电池充电时,负极与外电源的负极连接,正极与外电源的正极相连;充电时,电池为电解池,内电路中锂离子通过有机溶剂的传导从正极(阳极)移动到负极(阴极)。 探究一 探究二 随堂检测 深化拓展 离子导体中有机溶剂需同时具备溶解并传导锂离子的两种性能。酯基的存在能够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传导具有很好的效果。因此新型的有机溶剂应该是结构单元中有酯基和醚键的高分子。二缩三乙二醇丙烯酸酯与丙烯酸丁酯的共聚物做有机溶剂的基体,与锂盐复合形成良好的聚合物离子导体材料,推进了固态新型聚合物锂离子电池的发展。 探究一 探究二 随堂检测 素能应用 典例1(2020山东德州高三期末)2019年诺贝尔化学奖颁给了三位对锂离子电池发展有着巨大贡献的科学家。锂离子电池已广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等较多领域。 (1)锂元素在元素周期表中的位置为　 。? (2)氧化锂(Li2O)是制备锂离子电池的重要原料,氧化锂的电子式为　　　　　　　　　　　。? (3)近日华为宣布,利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出了石墨烯电池,电池反应式为 LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2,其工作原理如图。 探究一 探究二 随堂检测 探究一 探究二 随堂检测 ①石墨烯的优点是可提高电池的能量密度,石墨烯为层状结构,层与层之间存在的作用力是　　　　　。? ②锂离子电池不能用水溶液作离子导体的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。? ③锂离子电池放电时正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? ④请指出使用锂离子电池应该注意的问题:　　　　　　　　　　　　　　　　。(回答一条即可)? 探究一 探究二 随堂检测 探究一 探究二 随堂检测 (3)①石墨烯的优点是可提高电池的能量密度,石墨烯为层状结构,在层内碳原子之间以共价键结合,在层与层之间存在的作用力是分子间作用力,也叫范德华力;②Li是碱金属元素,单质比较活泼,易与水反应产生氢气,反应的离子方程式为2Li+2H2O==2Li++2OH-+H2↑,所以锂离子电池不能用水溶液作离子导体;③根据锂离子电池总反应方程式可知,锂离子电池在放电时,正极上Li+得电子变为LiCoO2,电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-==LiCoO2;④锂离子电池在使用时应该注意避免过充、过放、过电流、短路及热冲击,同时可使用 ... ...