资源简介 (共39张PPT)微项目 改进手机电池中的离子导体材料第 章 有机合成及其应用 合成高分子化合物——有机合成在新型材料研发中的应用31.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。学习目标一、设计手机新型电池中离子导体材料的结构二、合成离子导体材料中有机溶剂的单体目录CONTENTS课堂达标训练一、设计手机新型电池中离子导体材料的结构对点训练1.传统锂离子电池的优缺点(1)锂离子电池的优点工作电压 、体积 、质量 、能量高、无污染、循环寿命长等。 (2)锂离子电池的缺点由于传统锂离子电池中所用的离子导体多为液态,易发生 、爆炸等危险,安全性 。 高小轻泄露低2.锂离子电池的工作原理及其有机溶剂的作用电池组成 工作原理 有机溶剂的作用负极:石墨 正极: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3.传统锂离子电池的离子导体材料(1)传统锂离子电池的离子导体材料的组成(2)传统锂离子电池中组成离子导体的几种常见碳酸酯类溶剂4.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溶剂需同时具备溶解并传导锂离子两种性能,酯基提高有机溶剂对锂盐的溶解性,醚键提高锂离子传导效果,有机高分子性能稳定且为固态,满足安全性要求。(2)科学家对离子导体中有机溶剂合成的设计1.碳酸亚乙烯酯可用作一种锂离子电池的新型有机成膜添加剂,一种合成方法如下:下列说法错误的是( )A.①→②和②→③都属于加成反应B.①与乙醛互为同分异构体C.④的分子式为C3H2O3D.①能与酸性KMnO4溶液反应A解析 ①发生加成反应生成②,②发生取代反应生成③,③发生消去反应生成④,故A错误;分子式相同、结构不同的有机物互为同分异构体,①与乙醛分子式相同结构不同,二者互为同分异构体,故B正确;根据结构简式确定④的分子式为C3H2O3,故C正确;环氧乙烷能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色,故D正确。2.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:A二、合成离子导体材料中有机溶剂的单体对点训练1.利用乙烯和丙烯为原料合成二缩三乙二醇二丙烯酸酯(1)制备二缩三乙二醇的合成路线2.丙烯酸丁酯的合成路线3.最佳合成路线的选择和优化原则(1)符合化学原理:合成路线的设计正确,反应能进行。(2)绿色化学原则:原子经济性,试剂与催化剂的无公害性。(3)安全性原则:操作安全。3.磺化聚苯醚(SPPO)质子交换膜在燃料电池领域有广阔的应用前景。合成聚苯醚(PPO)并将其改性制备SPPO的路线如下:B4.碳酸二甲酯(简称DMC)是一种绿色化学品,可用于锂离子电池的电解质溶剂。一定条件下,合成DMC的一种方法如图所示:二氧化碳取代反应课堂达标训练下列有关该锂离子电池中离子导体中有机溶剂的说法错误的是( )A.碳酸甲乙酯中含有的官能团为酯基B.碳酸甲乙酯中碳原子有两种杂化方式:sp2杂化和sp3杂化C.碳酸甲乙酯在酸性条件下能发生水解反应,生成两种物质D.碳酸甲乙酯中含有极性键和非极性键解析 碳酸甲乙酯在酸性条件下水解生成甲醇、乙醇和碳酸,C项错误。C2.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解析 锂离子电池放电时是化学能转化为电能。DA.合成PMMA的单体是甲基丙烯酸和甲醇B.聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示为(C5H8O2)nC.聚甲基丙烯酸甲酯属于合成有机高分子材料D.甲基丙烯酸甲酯[CH2=C(CH3)COOCH3]中碳原子可能都处于同一平面A下列有关碳酸乙烯酯的说法正确的是( )A.是一种有机溶剂B.含酯基和醚键两种官能团C.是一种离子导体D.该制备反应的原子利用率为100%D解析 碳酸乙烯酯作为传统锂离子电池中离子导体的溶剂,用于溶解锂盐,锂盐为无机化合物,碳酸乙烯酯是离子导体的一部分,A、C项错误;由碳酸乙烯酯的结构简式可知其官能团只有酯基,B项错误;由题干给出的由乙烯、氧气、二氧化碳制备碳酸乙烯酯的反应可知,该反应为加成反应,原子利用率为100%,D项正确。5.在新型锂离子电池中,需要一种有机聚合物作为正、负极之间锂离子迁移的介质,该有机聚合物的单体之一(用G表示)的结构简式如下:G的合成方法如图:请回答下列问题:(1)反应①、⑤的反应类型分别为 , 。 (2)A的结构简式是 。 (3)写出2种含有—OH和—COOH的D的同分异构体的结构简式: 、 。加成反应消去反应(4)写出B→C反应的化学方程式: 。(5)写出E→F反应的化学方程式: 。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、设计手机新型电池中离子导体材料的结构1.传统锂离子电池的优缺点(1)锂离子电池的优点工作电压 、体积 、质量 、能量高、无污染、循环寿命长等。(2)锂离子电池的缺点由于传统锂离子电池中所用的离子导体多为液态,易发生 、爆炸等危险,安全性 。2.锂离子电池的工作原理及其有机溶剂的作用电池组成 工作原理 有机溶剂的作用负极:石墨 正极: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3.传统锂离子电池的离子导体材料(1)传统锂离子电池的离子导体材料的组成组成(2)传统锂离子电池中组成离子导体的几种常见碳酸酯类溶剂名称 碳酸丙烯酯 碳酸丁烯酯 碳酸乙烯酯符号 PC BC EC结构 简式名称 碳酸二甲酯 碳酸甲乙酯 碳酸二乙酯符号 DMC EMC DEC结构 简式4.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溶剂需同时具备溶解并传导锂离子两种性能,酯基提高有机溶剂对锂盐的溶解性,醚键提高锂离子传导效果,有机高分子性能稳定且为固态,满足安全性要求。(2)科学家对离子导体中有机溶剂合成的设计1.碳酸亚乙烯酯可用作一种锂离子电池的新型有机成膜添加剂,一种合成方法如下:下列说法错误的是 ( )A.①→②和②→③都属于加成反应B.①与乙醛互为同分异构体C.④的分子式为C3H2O3D.①能与酸性KMnO4溶液反应2.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: 。二、合成离子导体材料中有机溶剂的单体 1.利用乙烯和丙烯为原料合成二缩三乙二醇二丙烯酸酯(1)制备二缩三乙二醇的合成路线(2)制备丙烯酸的合成路线(3)利用(1)(2)制备所得的和为原料,通过酯化反应制备二缩三乙二醇二丙烯酸酯。2.丙烯酸丁酯的合成路线CH3CH2CH2CH2OH丙烯酸丁酯3.最佳合成路线的选择和优化原则(1)符合化学原理:合成路线的设计正确,反应能进行。(2)绿色化学原则:原子经济性,试剂与催化剂的无公害性。(3)安全性原则:操作安全。3.磺化聚苯醚(SPPO)质子交换膜在燃料电池领域有广阔的应用前景。合成聚苯醚(PPO)并将其改性制备SPPO的路线如下:n2,6-二甲基苯酚聚2,6-二甲基苯醚(PPO) 磺化聚苯醚(SPPO)下列说法不正确的是 ( )A.2,6-二甲基苯酚能与饱和溴水发生取代反应B.常温下2,6-二甲基苯酚易溶于水C.2,6-二甲基苯酚与O2发生氧化反应生成PPOD.PPO合成SPPO的反应是+mClSO3H+mHCl4.碳酸二甲酯(简称DMC)是一种绿色化学品,可用于锂离子电池的电解质溶剂。一定条件下,合成DMC的一种方法如图所示:+Ⅰ+Ⅱ回答下列问题:该合成路线中所有反应的原子利用率均为100%,则化合物Ⅰ的名称是 ,化合物Ⅱ的结构简式是 ,反应②的反应类型是 。1.下图是某种锂离子电池的工作原理图,该离子导体中有机溶剂为碳酸甲乙酯()。下列有关该锂离子电池中离子导体中有机溶剂的说法错误的是 ( )A.碳酸甲乙酯中含有的官能团为酯基B.碳酸甲乙酯中碳原子有两种杂化方式:sp2杂化和sp3杂化C.碳酸甲乙酯在酸性条件下能发生水解反应,生成两种物质D.碳酸甲乙酯中含有极性键和非极性键2.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3.聚甲基丙烯酸甲酯()的缩写为PMMA,俗称有机玻璃。下列有关PMMA的说法错误的是 ( )A.合成PMMA的单体是甲基丙烯酸和甲醇B.聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示为(C5H8O2)nC.聚甲基丙烯酸甲酯属于合成有机高分子材料D.甲基丙烯酸甲酯[CH2C(CH3)COOCH3]中碳原子可能都处于同一平面4.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,酯类溶剂有碳酸乙烯酯等。一种以、CO2及O2为原料,在一定条件下制备碳酸乙烯酯的反应如下:下列有关碳酸乙烯酯的说法正确的是 ( )A.是一种有机溶剂B.含酯基和醚键两种官能团C.是一种离子导体D.该制备反应的原子利用率为100%5.在新型锂离子电池中,需要一种有机聚合物作为正、负极之间锂离子迁移的介质,该有机聚合物的单体之一(用G表示)的结构简式如下:G的合成方法如图:请回答下列问题:(1)反应①、⑤的反应类型分别为 , 。(2)A的结构简式是 。(3)写出2种含有—OH和—COOH的D的同分异构体的结构简式: 、 。(4)写出B→C反应的化学方程式: 。(5)写出E→F反应的化学方程式: 。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一、1.(1)高 小 轻 (2)泄露 低对点训练1.A [①发生加成反应生成②,②发生取代反应生成③,③发生消去反应生成④,故A错误;分子式相同、结构不同的有机物互为同分异构体,①与乙醛分子式相同结构不同,二者互为同分异构体,故B正确;根据结构简式确定④的分子式为C3H2O3,故C正确;环氧乙烷能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色,故D正确。]2.(1)A (2)+CO2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+CO2。二、对点训练3.B [2,6-二甲基苯酚中存在酚羟基的对位氢原子,能与饱和溴水发生取代反应,A正确;2,6-二甲基苯酚与苯酚互为同系物,结构相似,性质具有相似性,且甲基为憎水基团,常温下2,6-二甲基苯酚在水中的溶解度更小,B错误;根据流程图,2,6-二甲基苯酚与O2反应过程中失去了氢原子,发生氧化反应生成PPO,C正确;根据流程图,PPO与ClSO3H发生取代反应生成SPPO,反应的化学方程式为+mClSO3H+mHCl,D正确。]4.二氧化碳 取代反应解析 因所有反应的原子利用率均为100%,则对比反应①的反应物和生成物的结构可知,化合物Ⅰ为CO2;对比反应②的反应物和生成物的结构可知,该反应为取代反应,生成物Ⅱ为。课堂达标训练1.C [碳酸甲乙酯在酸性条件下水解生成甲醇、乙醇和碳酸,C项错误。]2.D [锂离子电池放电时是化学能转化为电能。]3.A [聚甲基丙烯酸甲酯的单体为CH2C(CH3)COOCH3,故A错误;由结构简式可知,聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示为(C5H8O2)n,故B正确;聚甲基丙烯酸甲酯属于合成有机高分子材料,故C正确;甲基丙烯酸甲酯中、均为平面结构且直接相连,则碳原子可能都处于同一平面,故D正确。]4.D [碳酸乙烯酯作为传统锂离子电池中离子导体的溶剂,用于溶解锂盐,锂盐为无机化合物,碳酸乙烯酯是离子导体的一部分,A、C项错误;由碳酸乙烯酯的结构简式可知其官能团只有酯基,B项错误;由题干给出的由乙烯、氧气、二氧化碳制备碳酸乙烯酯的反应可知,该反应为加成反应,原子利用率为100%,D项正确。]5.(1)加成反应 消去反应(2)(3) (答案合理即可)(4)+O2+2H2O(5)+解析 (1)反应①是与溴发生加成反应生成A();反应⑤是D[HOOCC(OH)(CH3)2]在浓硫酸作用下发生消去反应生成E[CH2C(CH3)COOH]。(2)由(1)中分析可知,A的结构简式为。(3)含有—OH和—COOH的HOOCC(OH)(CH3)2的同分异构体有、、、。(4)B→C是HOCH2C(OH)(CH3)2发生催化氧化生成OHCC(OH)(CH3)2,反应的化学方程式为+O2+2H2O。(5)E→F是CH2C(CH3)COOH与环氧乙烷反应生成CH2C(CH3)COOCH2CH2OH,反应的化学方程式为+。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 微项目 改进手机电池中的离子导体材料.pptx 微项目改进手机电池中的离子导体材料.docx