第3章 微项目3 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（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修3（鲁科版2019）

微项目3　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 [项目基础] (1)明确锂离子电池的优点：工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无污染、循环寿命长等。明确锂离子电池的缺点：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。 (2)原电池正、负极的判断方法，电解质溶液中锂离子的移动方向，原电池的构成条件。电解池中锂离子的移动方向。 (3)能应用逆推法和正推法设计有机材料的合成路线，能利用官能团保护、“绿色化学”等思想选择正确的合成路线和并能正确评价合成路线。 [项目活动] 1．设计手机新型电池中离子导体材料的结构 (1)根据图示明确某种锂离子电池的工作原理。(见教材P146) (2)尝试思考问题 为使锂离子电池正常工作，同时避免有机溶剂为液态时所带来的安全隐患，理想的离子导体材料中中的有机溶剂应该具备那些基本性能？ (3)阅读资料卡片，并思考交流：讨论满足上述性能要求的有机溶剂的结构特点，写出相应的有机化合物的结构简式。 [资料1]传统锂离子电池中一般使用LiClO4、LiPF6、LiBF4等锂盐作为电解质，其在酯类溶剂中有较好的溶解性。依据溶解性的要求，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)、碳酸甲乙酶(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)中的一种或几种含酯基的混合物作为有机溶剂。 [资料2]醚键的化学和电化学性质稳定，它能通过醚氧原子与锂离子之间不断地结合、分离而实现离子传导。例如，分子中有—CH2CH2O—、—CH2CH2OCH2CH2O—、—CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O—、等醚键结构单元的有机化合物，对锂盐均能起到良好的离子导体的作用。 (4)讨论结果 ①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。 ②考虑安全性问题。有机溶剂应该性能稳定且为固态，具有交联结构的高分子是能够满足这一要求的理想材料。 结论：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。 (5)锂离子导电材料的改进 以二缩三乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸丁酯的共物做有机溶剂基体，通过与锂盐复合可以形成良好的聚合物离子导体材料。 2．合成离子导体材料中有机溶剂的单体 (1)阅读资料卡片，观察项目活动可能用到的有机化学反应。 R—C≡N＋H2ORCOOH(R为H或烃基) CH2===CH—CH3CH2===CH—CHO ＋R—OH―→RO—CH2—CH2—OH(R为H或烃基) CH3—CH===CH2＋CO＋H2 (2)利用已有的有机合成知识及“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或丙烯酸丁酯的合成路线，画出流程图，并进行小组间的展示和交流，阐述设计思路。 (3)请对各组设计的不同合成路线方案进行分析评价，并梳理分析评价的角度。 [问题讨论] 1．根据资料卡片提供的反应信息，如何制取二缩三乙二醇？ 2．利用环氧乙烷与水开环反应制取乙二醇的好处有哪些？ 提示　利用环氧乙烷与水开环反应的方式，能够更好地控制乙二醇的聚合程度，获得更高产率的二缩三乙二醇的目标化合物。 3. 在选择和优化最佳合成路线时，应从哪些角度考虑？ 提示　是否符合化学原理，增强绿色合成的意识，关注合成操作的安全性、原子经济性、试剂与催化剂的无公害性；工业上还得更多地考虑社会、经济、环境、科技的共同作用和综合影响。 [项目评价] 1．DAP是电表和仪表部件中常用的一种高分子化合物，其结构简式为 则合成它的单体可能有：①邻苯二甲酸　②丙烯醇(CH2===CH—CH2—OH)　③丙烯　④乙烯　⑤邻苯二甲酸甲酯 下列选项正确的是(　　) A．①②　　　　　 B．④⑤ C．①③ D．③④ A　[该高聚物的形成过程属于加聚反应，直接合成该高聚物的物质为，该物质属于酯类，由CH2===CH—CH2OH和通过酯化反应生成。] 2．菠萝酯F是一种具有菠萝香味的赋香剂，其合成路线如下： (1)A的结构简式为________，A中所含官能团的名称是________。 (2)由A生成B的反应类型是________，E的某同分异构体只有一种相同化学环境的氢，该同分异构体的结构简式为________。 (3)写出D和E反应生成F的化学方程式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)结合题给信息，以溴乙烷和环氧乙烷为原料制备1－丁醇，设计合成路线(其他试剂任