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 -2025-2026学年高二下学期化学鲁科版选择性必修3

该高中化学课件聚焦有机合成在新型电池离子导体材料研发中的应用，从手机电池液态离子导体的安全隐患切入，引导学生将材料性能转化为有机化合物性质问题，通过分析官能团（酯基、醚键）和结构（交联高分子）设计材料，搭建从宏观性能到微观结构的学习支架。 其亮点是以项目式学习为主线，融合科学思维与科学探究。通过设计离子导体材料结构（如二缩三乙二醇二丙烯酸酯共聚物）和合成路线（乙烯/丙烯为原料），培养证据推理与模型认知能力，结合绿色化学优化路线（原子经济性、试剂无公害），落实科学态度与责任。学生在实践中提升问题解决能力，教师可依托完整活动设计与达标训练提升教学效果。

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 锂离子电池的优点：锂离子电池因其工作电压高、体积小、质量轻、能量高循环寿命长等优点；缺点：离子导体多为液态，易发生泄露、爆炸等危险。 新知讲授 1.将研究有机材料性能转化为研究有机化合物性质的问题.分析有机化合物分子中的官能团和化学键.根据材料需要设计高分子化合物的结构。(宏观辨识与微观探析) 2.通过分析、推理等方法认识有机合成的特征.建立有机合成的思维模型,并能运用相关模型合成- - 些含有目标官能团的有机化合物。(证据推理与模型认知) 3.从有机物的结构出发.设计多种合成方案.运用可持续发展意识和绿色化学观念优化合成方案.创新合成路线;能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。(科学态度与社会责任) 学习目标 项目活动1　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 负极材料为石墨，正极材料为过渡金属氧化物，离子导体由锂盐掺杂在液态的有机溶剂中形成。 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。 新知讲授 如果你是一名电池设计师，请尝试思考、解决下列问题。 ⑴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？ ⑵结合资料中提供的信息，讨论满足上述性能要求的有机溶剂的结构特点，写出满足上述性能要求的有机化合物的结构简式，并交流讨论。 （1）溶解并传导锂离子，性能稳定且为固态。 （2）性能稳定且为固态：具有交联结构的高分子满足要求；溶解并传导锂离子：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。 项目活动1　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 新知讲授 项目活动1　设计手机新型电池中离子导体材料的结构 依据这样的思路，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。 新知讲授 项目活动2　合成离子导体材料中有机溶剂的单体 小组合作，讨论完成： 1、利用已有的有机合成知识及课本第152页《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的合成路线，阐述设计思路。 CH2ClCH2Cl CH2=CH2 CH2OHCH2OH HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH CH2=CH-CH3 CH2=CH-CH2Cl CH2=CH-CH2OH CH3CHCl-CH2OH CH3CHCl-COOH CH2=CH-COOH CH2=CH-COOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OOC-CH=CH2 路线1： 新知讲授 路线2： 新知讲授 设计出不同的合成路线后，还要通过选择和优化来确定最佳合成路线。在选择和优化合成路线时，必须综合考虑合成路线是否符合化学原理，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等问题。工业上，对于合成路线的选择还会更多地考虑社会、经济、环境、科技的共同作用和综合影响。科研工作者至今仍在对一些重要有机化合物原料的工业合成方法不断进行优化和改进。 2、设计出不同的合成路线后，如何选择和优化合成路线？ (1)操作安全可靠，步骤尽量简单； (2)符合绿色合成思想： ①原料绿色化②原子经济性③试剂和催化剂无公害性 新知讲授 产品需求 材料性能 关键结构单元 结构设计 设计合成路线 观察目标化合物分子的结构 由目标化合物分子逆推原料分子并设计合成路线 对不同的合成路线进行优化 目标化合物分子的碳骨架特征，官能团的种类和位置 目标化合物分子的碳骨架的构建，官能团的引入或转化 以绿色合成等思想为指导 思维构建 1.一种生产聚苯乙烯的流程如下： 下列叙述正确的是 (　　) A.苯乙烯是苯的同系物 B.苯乙烯所有原子一定在同一平面内 C.反应①的反应类型是加成反应，反应②的反应类型是取代反应 D.鉴别乙苯与苯乙烯可用Br2的四氯化碳溶液 D 达标训练 2.下图是以烃A为原料生产人造羊毛的合成路线。下列说法正确的是(　　) A.合成人造羊毛的反应属于缩聚反应 B.A生成C的反应属于加成反应 C.A生成D的反应属于取代反应 D.烃A的结构简式为CH2＝CH2 B 达标训练 3.某醇A通过一系列反应可得到丙三醇，还可通过氧化反应、酯化反应、加聚 反应，最后得到高分子化合物： 则醇A的结构简式为(　　) A.CH3CH2CH2OH　　　　　　　 B.CH2＝CHCH2OH B 达标训练 4.化合物Z是有机化工中的重要中间体，其合成路线如图，下列说法正确的是 (　　) C A.1 mol X最多能与3 mol H2发生加成反应 B.可用NaHCO3溶液鉴别反应后Z中是否含有Y C.可用新制的Cu(OH)2悬浊液鉴别反应后Z中是否含有X D.1 mol Z最多可消耗2 mol NaOH 达标训练 5.BHT是一种常用的食品抗氧化剂，从 出发合成BHT的方法有如下两种。下列说法不正确的是 (　　) A.推测BHT在水中的溶解度小于苯酚 B.BHT与 都能使酸性KMnO4溶液褪色 C.方法一和方法二的反应类型都是加成反应 D.BHT与 互为同系物 C 达标训练 $