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（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修3同步学案（鲁科版）

本讲义聚焦高中化学中有机合成在新型材料研发的应用，以改进手机电池离子导体材料为项目载体，从传统液态离子导体易泄露、爆炸的缺点出发，通过分析锂离子电池工作原理明确材料性能需求，聚焦酯基、醚键及交联高分子结构设计，再运用逆推法设计丙烯酸丁酯等单体的合成路线，构建“问题分析—结构设计—合成实现”的学习支架。 该资料以真实情境问题驱动，体现“结构决定性质，性质决定用途”的化学观念，通过设计材料结构和合成路线培养逆推法、官能团保护等科学思维，结合思考探究与归纳提升落实科学探究与实践能力。课中教师可依托问题链引导互动探究，提升教学效果；课后学生能回顾材料设计与合成方法，弥补有机合成与材料应用结合的知识盲点，强化学以致用的科学态度与责任。

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，聚焦有机化学的功能基团，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。,项目活动一：设计手机新型电池中离子导体材料的结构,[思考探究],1.传统锂离子电池的缺点,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。,2.观察教材P146锂离子电池工作原理示意图，简述电池放电和充电过程中电池内部离子的运动情况。,提示　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。,3.锂离子导体中的有机溶剂应具有哪些性能？,提示　(1)能溶解锂盐；(2)能传导锂离子；(3)化学稳定性好。,4.阅读相关资料，简述电池新型有机溶剂的结构特点及作用？,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。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。考虑安全性问题，有机溶剂应该性能稳定且为固态。,5.我国科学家提出的新型聚合物离子导体有机溶剂的基体是：二缩三乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸丁酯的共聚物。,[归纳提升],新型电池中离子导体材料的结构设计,1.基本性能,(1)同时具备溶解并传导锂离子两种性能,(2)性能稳定且为固态,2.结构特征及作用,(1)酯基：提高有机溶剂对锂盐的溶解性,(2)醚键：对锂离子传导有很好的效果,(3)具有交联结构的高分子：使有机溶剂性能稳定且为固态。,项目活动二：合成离子导体材料中有机溶剂的单体,[思考探究],利用有机合成知识及“资料卡片”(P148)所提供的反应信息，以丙烯为基础原料(其他无机试剂任选)，设计丙烯酸丁酯的合成路线。,提示　,,(其他合理答案也可),[归纳提升],一、逆推法设计有机合成路线的步骤,1.观察目标化合物分子中碳骨架的特征，官能团的种类和位置。,2.由目标化合物分子中碳骨架的构建，官能团的引入或转化，逆推原料并设计合成路线。,3.以绿色合成思想为指导对不同的合成路线进行优选。,二、注意事项,在考虑多官能团的转化时，对于含有多个官能团的有机化合物，若想选择性的实现某一个官能团的转化，则需对其他官能团进行保护。,例如：,由CH2===CH—CHO合成CH2===CH—COOH，路线为CH2===CH—CHO\o(――→,\s\up7(HBr),\s\do5(催化剂))CH2BrCH2CHO\o(――→,\s\up7(O2),\s\do5(催化剂))CH2BrCH2COOH\o(――→,\s\up7(NaOH、H2O),\s\do5(△))CH2===CHCOONa\o(――→,\s\up7(H＋))CH2===CHCOOH,在此过程中，进行了对碳碳双键的保护。 学科网（北京）股份有限公司 $