22 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-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（鲁科版2019 单选）

第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 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 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 合作探究　素能提升 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 答案： 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 随堂演练　对点落实 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 谢谢观看！ 新知导学　夯实基础 合作探究　素能提升 课　时　精 练 第3章　有机合成及其应用 合成高分子化合物 随堂演练　对点落实 化学 选择性必修3 [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，体会官能团保护、“绿色化学”等思想。 一、锂离子电池的工作原理 1．电极材料 负极材料 石墨 正极材料 过渡金属氧化物 离子导体 锂盐的液态有机溶剂 2．原理 (1)放电 外电路 电子从负极移动到正极 内电路 锂离子通过有机溶剂的传导从负极移动到正极 (2)充电 外电路 电子从阳极移动到电源正极；从电源负极移动到阴极 内电路 锂离子通过有机溶剂的传导从正极移动到负极 二、手机新型电池中离子导体的结构 1．离子导体中有机溶剂的结构特点 (1)作为溶剂应具备溶解并传导锂离子的性能。 (2)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。 (3)有机溶剂应该性能稳定且为固态，具有交联结构的高分子满足这一要求。 2．离子导体材料 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基体，通过与锂盐复合形成聚合物离子导体材料。 三、合成离子导体材料中有机溶剂的单体 1．合成反应中一些反应原理 2．合成二缩三乙二醇的方法 1．锂­空气电池是一种新型的二次电池，由于具有较高的比能量而成为未来电动汽车的希望。其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该电池放电时，锂电极发生了还原反应 B．放电时，Li＋向锂电极迁移 C．电池中的电解液可以是有机电解液或稀盐酸等 D．充电时，电池阳极的反应式为Li2O2—2e－===2Li＋＋O2↑ D　[原电池中锂作负极失电子发生氧化反应，多孔电极为原电池正极，氧气得到电子发生还原反应。该电池放电时，负极锂失电子，发生氧化反应，故A错误；该电池放电时，电解液中Li＋由锂电极迁移向多孔电极，故B错误；锂是活泼金属，能和稀盐酸发生反应，所以稀盐酸不能为电解质溶液，可用有机电解液，故C错误；充电为电解池，电池正极和电源正极连接、为阳极，阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，故D正确。] 2．2019年诺贝尔化学奖授予在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。下列对于锂离子电池所用材料分类不正确的是(　　) A B C D 正极(LiCoO2) 负极(C) 电解液(碳酸丙烯酯) 隔膜(聚烯烃) 无机物 有机物 酯类 合成高分子 B　[LiCoO2属于无机物，A项正确；碳为单质，是无机物，B项错误；碳酸丙烯酯的结构简式是，属于酯类，C项正确；聚烯烃是由烯烃通过加聚反应得到的高分子化合物，D项正确。] 3．某新型电池的溶剂M的结构简式为：。 请回答下列问题： (1)M中含有的官能团是____________(填名称)。 (2)合成M的单体是 ______________________________________________________________ (写结构简式)。 (3)M与足量NaOH溶液反应的化学方程式为 ______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 答案：　(1)酯基 。 一、设计手机新型电池中离子导体材料的结构 材料1：某锂离子电池的工作原理如图所示。 材料2：传统锂离子电池中一般使用LiClO4、LiPF6、LiBF4等锂盐作为电解质，酯类对其有较好的溶解性。 材料3：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， 分子中含有—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。 (1)传统锂离子电池中离子导体有什么优点？ 提示：由于金属锂的性质特点，使离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无污染、循环寿命长等优点。 (2)传统锂离子电池有哪些安全隐患？ 提示：传统锂离子电池中所用的离子导体多为液态，易发生泄漏、爆炸等危险，安全性低。 (3)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？ 提示：溶解并传导锂离子，性能稳定且为固态。 (4)结合材料2、3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。 提示：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。 锂电池有机溶剂的选择 1．常见锂电池的有机溶剂的类别 (1)质子溶剂，如乙醇、乙酸等； (2)极性非质子溶剂，如碳酸酯、醚类等； (3)惰性溶剂，如四氯化碳等。 锂电池常用的溶剂一般是极性非质子溶剂，这些溶剂中常含有C===O、C===N、C――O等极性基团，能够有效地溶解锂盐并提高电解液的电化学稳。 2.有机溶剂选择的原则 (1)有机溶剂对电极应是惰性的，在电池充放电过程中不与正负极发生电化学反应，稳定性好。 (2)有机溶剂应具有较高的介电常数，以使锂盐有足够高的溶解度，保证电解液高的电导率。 (3)溶剂的沸点要高（150 ℃以上），熔点要低（-40 ℃以下），即具有较宽的液程，以使锂电池有较宽的温度范围及优良的高低温性能。 (4)与电极材料有较好的相容性，电极在其构成的电解液中能够表现出优良的电化学性能。 (5)电池循环效率、成本、环境因素等方面的考虑等，单一溶剂很少能同时满足以上要求，而多种溶剂按一定比例混合得到的混合溶剂能够满足锂电池工作的需要。 1.下列物质是常见的锂离子电池的有机溶剂，有关说法不正确的是 （ ） A．四种物质的共同点是含有酯基或醚键 B．醚键中的氧原子能和锂离子结合 C．酯类物质能提高对锂离子的溶解性 D．锂离子电池放电时是电能转化为化学能 D［锂离子电池放电时是化学能转化为电能。］ 二、合成离子导体材料中有机溶剂的单体 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。 提示：二缩三乙二醇二丙烯酸酯的合成：可以先合成二缩三乙二醇，然后与丙烯酸酯化 (1)二缩三乙二醇二丙烯酸酯单体是如何获得的？ (2)丙烯酸正丁酯单体是如何获得的？ 提示：①通过丙烯酸和正丁醇合成丙烯酸正丁酯。 ②通过1­溴丁烷和丙烯酸钠在一定条件下合成丙烯酸正丁酯。 (3)“绿色化学”在有机合成中体现在哪些方面？ 提示：原子经济性；原材料无毒害；产品无污染；最大限度节约能源。 设计合成路线应注意的问题 1．考虑产率问题：如利用环氧乙烷与水以开环方式反应，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目标化合物。 2．含多个官能团的物质，在实现某些官能团转化过程中，注意对其他官能团的保护。例如在获得CH2===CH—CHO进而合成CH2===CH—COOH过程中，在氧化丙烯醛的醛基时需要保护碳碳双键。 3.选择最佳合成路线要考虑的问题： （1）合成路线是否符合化学原理。 （2）要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等问题。 （3）工业生产中合成路线的设计还要考虑社会、经济、环境、科技的共同作用和综合影响。 2.（2022·太原高二检测）聚甲基丙烯酸甲酯是一种重要的医用高分子材料。已知烯烃在一定条件下可被酸性KMnO4溶液氧化成二元醇，如CH2===CH2HOCH2CH2OH。现以甲基丙烯为原料合成聚甲基丙烯酸甲酯的流程如下： 请写出A、B、C、D的结构简式： A__________________，B__________________， C__________________，D__________________。 解析：　根据烯烃可被酸性KMnO4溶液氧化成二元醇可知， eq \o(――→,\s\up17(KMnO4),\s\do15(H＋)) A过程发生氧化反应，则A的结构简式为(CH3)2C(OH)CH2OH；再根据 eq \o(――→,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(脱水)) B过程发生的是消去反应，所以B结构简式为C过程发生酯化反应，则C的结构简式为然后C发生加聚反应生成D，D的结构简式为。 1.（2022·潍坊高二检测）某同学设计了由乙醇合成乙二醇的路线如图。下列说法正确的是（　　） A． X可以发生加成反应 B．步骤①的反应类型是水解反应 C．步骤②需要在氢氧化钠醇溶液中反应 D．等物质的量的乙醇、X完全燃烧，消耗氧气的量不相同 A　[X为CH2===CH2，乙烯中碳碳双键能发生加成反应，故A正确；乙醇发生消去反应生成乙烯，则步骤①的反应类型是消去反应，故B错误；Y和NaOH的水溶液共热发生水解反应生成HOCH2CH2OH，所以步骤②需要在氢氧化钠水溶液中反应，故C错误；X的分子式为C2H4，乙醇的分子式可以改写为C2H4·H2O，根据二者分子式知，等物质的量的乙烯和乙醇完全燃烧消耗氧气的量相同，故D错误。] 2．有下述有机反应类型：①消去反应；②水解反应；③加聚反应；④加成反应；⑤还原反应；⑥氧化反应。以丙醛为原料制取1，2­丙二醇，所需进行的反应类型依次是(　　) A．⑥④②①　　　　　 B．⑤①④② C．①③②⑤ D．⑤②④① B 3．锂离子电池已经成为应用最广泛的可充电电池。某种锂离子电池的结构示意图如图，其中两极区间的隔膜只允许Li＋通过。电池充电时的总反应化学方程式为LiCoO2===Li1－xCoO2＋xLi。关于该电池的推论错误的是(　　) A．放电时，Li＋主要从负极区通过隔膜移向正极区，因此电解质溶液必须是含有Li＋的盐 B．该电解质溶液应该选用对锂盐具有很好的溶解性和传导性的有机溶剂 C．负极材料是镶嵌有锂原子的石墨 D．充电时，负极(C)上锂元素被氧化 D　[充电时，Li元素的化合价由＋1价降低到0价，被还原，D错误。] 4．2019年诺贝尔化学奖授予对锂离子电池研究作出贡献的三位科学家。现在广泛使用的锂离子电池有多种类型。某可充电钴酸锂电池的工作原理如图所示： (1)该电池放电时，其中一极的电极反应式是LixC6－xe－===6C＋xLi＋，则该极应为图中的________(填“A”或“B”)。 (2)碳酸乙烯酯(EC)常用作电解液的溶剂，其结构为，熔点为35 ℃，可燃，可由二氧化碳和有机物X在一定条件下合成。X与乙醛互为同分异构体，核磁共振氢谱显示只有一组峰。写出合成EC的化学方程式： _____________________________________________________________。 解析：　(1)题中给出的电极反应为失电子的氧化反应，即为负极上发生的电极反应，原电池装置中，阳离子从负极移向正极，故图中的A为负极。(2)结合目标产物的结构特点及反应物X与乙醛互为同分异构体，X分子中只有1种化学环境的氢原子可知，X为环氧乙烷，则合成EC的化学方程式是。 答案：　(1)A　(2) $$