資源簡介

(共25張PPT)
改進手機電池中的離子導體材料——有機合成在新型材料研發中的應用
1.通過設計手機新型電池中的離子導體材料，將研究材料性能問題轉化為研究有機化合物的性質問題，聚焦有機化合物的功能基團，設計高分子化合物的分子結構，建立從化學視角分析、解決材料問題的思路和方法；
2.合理應用逆推法和正推法設計有機材料的合成路線，并通過合成路線的選擇和評價活動，體會官能團保護、“綠色化學”等思想。
鋰離子電池因其工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無污染、循環壽命長等優點，成為目前市場上手機電池的首選。
如何對離子導體材料進行優化和改進呢？
但傳統鋰離子電池中所用的離子導體多為液態，易發生泄露、爆炸等危險，安全性低。
項目活動 1
設計手機新型電池中離子導體材料的結構
離子導體由鋰鹽摻雜在液態的有機溶劑中形成。
探究
探究
1.為使鋰離子電池正常工作，同時避免有機溶劑為液態時帶來的安全隱患，理想的離子導體材料中的有機溶劑應該具備哪些基本性能？
溶解并傳導鋰離子
性能穩定且為固態
探究
探究
2.結合資料信息，討論滿足上述性能要求的有機溶劑的結構特點，寫出滿足上述性能要求的有機化合物的結構簡式，并交流討論。
資料1:
傳統鋰離子電池中一般使用LiClO4、LiPF6、LiBF4等鋰鹽作為電解質，酯類對其有較好的溶解性。依據溶解性的要求，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)中的一種或幾種含酯基的混合物作為有機溶劑。
醚鍵的化學和電化學性質穩定，能通過醚氧原子與Li+之間不斷地結合、分離而實現離子傳導。如分子中有－CH2CH2O－、－CH2CH2OCH2CH2O－、
－CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O－等醚鍵結構單元的有機化合物，對鋰鹽均能起到良好的離子導體的作用。
資料2:
探究
探究
2.結合資料信息，討論滿足上述性能要求的有機溶劑的結構特點，寫出滿足上述性能要求的有機化合物的結構簡式，并交流討論。
溶解并傳導鋰離子
性能穩定且為固態
酯基的存在能提高有機溶劑對鋰鹽的溶解性。
醚鍵的存在對鋰離子傳導具有良好的效果。
具有交聯結構的高分子
新型的有機溶劑應該是一種結構單元中有酯基、醚鍵的高分子。
我國科學家提出以二縮三乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸丁酯的共聚物做有機溶劑的基體，通過與鋰鹽復合可以形成良好的聚合物離子導體材料，將固態新型聚合物鋰離子電池的發展向前推進了一步。
項目活動 2
合成離子導體材料中有機溶劑的單體
二縮三乙二醇二丙烯酸酯和丙烯酸丁酯單體是如何獲得的呢？
請以乙烯或丙烯為基礎原料（其他無機試劑任選），設計二縮三乙二醇二丙烯酸酯或丙烯酸丁酯的合成路線，畫出流程圖。
資料3:
本項目活動中可能用到的一些有機化學反應：
骨架拆分
HO—CH2—CH2—CH2—CH3
HO—CH2—CH2—OH
CH2 CH—C—OH
O
CH2 CH—C—OH
O
中間體乙二醇的合成路線
CH2 CH2
Br2
CH2—OH
CH2—OH
CH2—Br
CH2—Br
NaOH/H2O
△
中間體丁醇的合成路線
CH3CH2CH2CH2OH
CH2 CH2
增長碳鏈
轉化官能團
CH2 CH—CH3
中間體丁醇的合成路線
CH3CH2CH2CH2OH
CH2 CH2
資料3:
本項目活動中可能用到的一些有機化學反應：
催化劑/H2O
△
CH3CH2OH
Cu/O2
△
CH3CHO
CH3CHO
稀堿
CH3CH＝CHCHO
H2
Ni/△
中間體丁醇的合成路線
資料3:
本項目活動中可能用到的一些有機化學反應：
CH2 CH—CH3
CH3CH2CH2CH2OH
H2
Ni/△
CH3CH2CH2CHO
CO/H2
鈷或銠
中間體丙烯酸的合成路線
資料3:
本項目活動中可能用到的一些有機化學反應：
CH2 CH—C—OH
O
CH2 CH—CN
CH2 CH2
CH≡CH
CH2 CH—X
OH
CH3CH—CN
CH3CHO
CH2 CH2
催化劑/H2O
△
CH3CH2OH
Cu/O2
△
CH3CHO
HCN
催化劑
OH
CH3CH—CN
H2O
酸或堿/△
OH
CH3CH—COOH
濃硫酸
△
CH2 CH—C—OH
O
CH2 CH2
Br2
CH2—Br
CH2—Br
NaOH/醇
△
CH≡CH
HCN
催化劑
CH2 CH—CN
H2O
酸或堿/△
CH2 CH—C—OH
O
HX/催化劑
CH2 CH—X
NaCN
中間體丙烯酸的合成路線
資料3:
本項目活動中可能用到的一些有機化學反應：
CH2 CH—C—OH
O
CH2 CH—CHO
CH2 CH—CH3
CH2 CH—CHO
CH2 CH—CH3
鉬 - 鉍系
復合催化劑
O2
保護碳碳雙鍵
CH2 CH—C—OH
O
HX
一定條件
CH3CH—CHO
X
KMnO4/H+
CH3CH—COOH
X
NaOH/醇
△
酸化
恢復碳碳雙鍵
二縮三乙二醇的其他合成路線：
設計出不同的合成路線后，如何選擇和優化合成路線？
探究
探究
合成路線是否符合化學原理
合成操作的安全性
原子經濟性
試劑與催化劑的無公害性
……
【練一練】
1.固體離子導體依靠離子遷移來傳導電流,Ag+可以在RbAg4I5晶體中遷移。下圖是一種固體電池,空氣中的O2透過聚四氟乙烯膜與AlI3反應生成I2,Ag和I2作用形成原電池。下列說法錯誤的是(　　)
A.I2在石墨上被還原
B.石墨電極為負極,銀電極為正極
C.Ag+從負極向正極移動
D.銀電極的電極反應式為Ag-e-==Ag+
B
2.某高分子材料的結構如圖所示，已知該高分子材料是由三種單體聚合而成的,以下與此高分子材料相關的說法正確的是(　　)
A.合成該高分子材料的反應是縮聚反應
B.形成該高分子材料的單體 中,
所有原子可能處于同一平面內
C.三種單體中有兩種有機化合物互為同系物
D.三種單體都可以使溴水褪色,但只有兩種能
使酸性高錳酸鉀溶液褪色
B
3.有機玻璃的單體甲基丙烯酸甲酯的合成原理如下:
下列說法正確的是(　　)
A.若反應①的原子利用率為100%,則物質X為CO2
B.可用分液漏斗分離甲基丙烯酸甲酯和甲醇
D.甲基丙烯酸甲酯與H2反應生成Y,能與NaHCO3溶液反應的Y的同分異構體有3種
C
基于有機合成解決實際材料問題的思路和方法

展開更多......

收起↑