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-【优学精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修3教用课件（鲁科版）

该高中化学课件聚焦有机合成在新型离子导体材料研发中的应用，以手机电池改进为情境，通过资料卡片（传统锂盐溶解性、醚键稳定性）和探究活动，引导学生将材料性能问题转化为有机化合物官能团性质问题，搭建从有机知识到材料设计的学习支架。 其亮点是以真实情境驱动项目式学习，通过设计二缩三乙二醇二丙烯酸酯合成路线等活动，培养科学思维（证据推理、模型建构）和科学探究与实践（方案设计、小组交流）能力。采用“问题-探究-合成-评价”教学方法，学生能深化结构决定性质的化学观念，教师可依托对点训练和活动设计提升教学效果。

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。 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。 学习目标 目 录 项目活动一　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 项目活动二　合成离子导体材料中有机溶剂的单体 项目活动一　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 目 录 1. 锂离子电池的工作原理及有机溶剂的作用 由如图所示某种锂离子电池的工作原理可知： 电池组成 工作原理 有机溶剂的作用 负极材料：石墨 正极材料：过渡金属氧化物 离子导体：溶解有锂盐的有机溶剂 放电时：Li＋从负极 移向正极 充电时：Li＋从正极 移向负极 溶解锂盐，起到传导锂离子的作用 化学·选择性必修3（LK） 目 录 【探究活动】　 [资料卡片] 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）、碳酸甲乙酯（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。 化学·选择性必修3（LK） 目 录 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。 化学·选择性必修3（LK） 目 录 【交流讨论】 　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的有机溶剂应该具备哪些基本性能？ 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。 2. 设计离子导体中有机溶剂的结构 （1）设计离子导体中新型的有机溶剂的思路 化学·选择性必修3（LK） 目 录 （2）科学家对离子导体中有机溶剂合成的设计 化学·选择性必修3（LK） 目 录 1. 诺贝尔化学奖曾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（　　） 选项 A B C D 材料 正极 （LiCoO2） 负极（C） 电解液（碳 酸丙烯酯） 隔膜（聚 烯烃） 分类 无机物 有机物 酯类 合成高分子 √ 化学·选择性必修3（LK） 目 录 解析： 　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。 化学·选择性必修3（LK） 目 录 2. 碳酸乙烯酯（ ）广泛用作电池电解质、酯类合成的中间体。一种由 CH2 CH2、CO2及O2为原料，在铁、铜及碘化物催化下制备碳酸乙烯酯 的反应为CH2 CH2＋ O2＋CO2 。下列说法不正确的是（　　） A. 碳酸乙烯酯是一种有机溶剂，可以溶解无机化合物 B. 碳酸乙烯酯只含酯基这一种官能团 C. 碳酸乙烯酯是一种离子导体 D. 该碳酸乙烯酯的制备反应的原子利用率为100％ √ 化学·选择性必修3（LK） 目 录 解析： 　碳酸乙烯酯作为传统锂离子电池的离子导体的组成成分，起到 了有机溶剂的作用，即溶解锂盐，而锂盐为无机化合物，A项正确；由碳 酸乙烯酯的结构简式可知其官能团只有酯基，B项正确；在锂离子电池的 离子导体中，碳酸乙烯酯为溶解锂盐的有机溶剂，是离子导体的一部分， 其本身并不导电，C项错误；由题干给出的制备碳酸乙烯酯的反应可知， 该反应为化合反应，原子利用率为100％，D项正确。 化学·选择性必修3（LK） 目 录 项目活动二　合成离子导体材料中有机溶剂的单体 目 录 1. 离子导体合成分析 （1）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。 （2）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。 化学·选择性必修3（LK） 目 录 [资料卡片] 本探究活动中可能用到的一些有机化学反应： ＋H2O RCOOH（R为H或烃基） CH2 CH—CH3 CH2 CH—CHO ＋R—OH RO—CH2—CH2—OH （R为H或烃基） CH3—CH CH2＋CO＋H2 （或 ）　 R—CHO＋CH3—CHO R—CH CH—CHO（R 为H或烃基） 化学·选择性必修3（LK） 目 录 2. 二缩三乙二醇二丙烯酸酯的合成 （1）丙烯酸：丙烯直接氧化法 CH2 CH—CH3＋O2 CH2 CH—CHO CH2 CH—CHO＋ O2 CH2 CH—COOH （2）二缩三乙二醇：环氧乙烷水合法 化学·选择性必修3（LK） 目 录 （3）二缩三乙二醇二丙烯酸酯的合成 2CH2 CH—COOH 化学·选择性必修3（LK） 目 录 3. 丙烯酸丁酯的合成 （1）正丁醇：羰基合成法、醇醛缩合法 ＋CO＋H2 （2）丙烯酸丁酯的合成 CH2 CH—COOH ＋ 化学·选择性必修3（LK） 目 录 VC􀆼PMHS（ ）是一种优良的锂离子电池固态 聚合物电解质，其合成路线如下： 步骤①：合成CECA（ ） ＋ CECA ＋2CH3CH2OH 化学·选择性必修3（LK） 目 录 步骤②：合成VC􀆼PMHS 下列有关说法错误的是（　　） A. VC􀆼PMHS结构中的碳酸丙烯酯基起到溶解锂盐的作用 B. VC􀆼PMHS结构中构成VTMS的醚氧原子起到传导Li＋的作用 C. 步骤①和步骤②的反应类型均为取代反应 D. 步骤②制备VC􀆼PMHS的合成路线的原子利用率为100％，符合“绿色 化学”思想 √ 化学·选择性必修3（LK） 目 录 解析： 　VC􀆼PMHS结构中酯基的C O、C—O均具有较强的极性， 酯基的存在能很好地提高其对锂盐的溶解性，A项正确；醚键中的O原子具 有孤电子对，而Li＋的2s轨道为空轨道，故Li＋与O原子可形成配位键，从 而起到传导Li＋的作用，B项正确；对比步骤①的反应物与生成物的结构特 点可知，该反应可以看作 中的2个羟基H原子被 取代，除 生成目标产物CECA外，还生成2分子的乙醇；而步骤②的反应 物 和CECA中含有碳碳双键，但生成物中不存在碳碳双键，故 该反应为加成反应，C项错误；由步骤②的反应物和生成物的结构可知，该反应的反应物中的原子全部转化为生成物中的原子，原子利用率为100％，符合“绿色化学”思想，D项正确。 化学·选择性必修3（LK） 目 录 $