新教材2023-2024學(xué)年高中化學(xué)第3章有機(jī)合成及其應(yīng)用合成高分子化合物微項(xiàng)目改進(jìn)手機(jī)電池中的離子導(dǎo)體材料-有機(jī)合成在新型材料研發(fā)中的應(yīng)用課件魯科版選擇性必修3_第1頁
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文檔簡介

第3章微項(xiàng)目改進(jìn)手機(jī)電池中的離子導(dǎo)體材料——有機(jī)合成在新型材料研發(fā)中的應(yīng)用基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

素養(yǎng)目標(biāo)1.通過設(shè)計(jì)手機(jī)新型電池中的離子導(dǎo)體材料,將研究材料性能問題轉(zhuǎn)化為研究有機(jī)化合物的性質(zhì)問題,聚焦有機(jī)化合物的功能基團(tuán),設(shè)計(jì)高分子化合物的分子結(jié)構(gòu),建立從化學(xué)視角分析、解決材料問題的思路和方法,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.合理應(yīng)用逆推法和正推法設(shè)計(jì)有機(jī)材料的合成路線,并通過合成路線的選擇和評(píng)價(jià)活動(dòng),體會(huì)官能團(tuán)保護(hù)、“綠色化學(xué)”等思想,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?;A(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)必備知識(shí)1.鋰離子電池工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無污染、循環(huán)壽命長。2.電池放電時(shí),外電路中電子由負(fù)極移動(dòng)到正極,內(nèi)電路中鋰離子通過有機(jī)溶劑的傳導(dǎo)從負(fù)極移動(dòng)到正極,形成閉合回路;電池充電時(shí),內(nèi)電路中鋰離子同樣通過有機(jī)溶劑的傳導(dǎo)從正極移動(dòng)到負(fù)極。3.酯基的存在能夠很好地提高有機(jī)溶劑對(duì)鋰鹽的溶解性,醚鍵的存在對(duì)鋰離子傳導(dǎo)具有很好的效果。4.有機(jī)溶劑應(yīng)該性能穩(wěn)定且為固態(tài),具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子能夠滿足這一要求。5.通常利用與鹵化氫加成再消去的方法進(jìn)行碳碳雙鍵的保護(hù)?!疚⑺伎肌?/p>

寫出苯乙烯與丙烯酸甲酯共聚的化學(xué)反應(yīng)方程式。

重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一設(shè)計(jì)手機(jī)新型電池中離子導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)問題探究某種鋰離子電池的工作原理示意圖

電池充電時(shí)負(fù)極與外電源的哪一極連接?電池充電時(shí)鋰離子向哪移動(dòng)?提示

電池充電時(shí),負(fù)極與外電源的負(fù)極連接,正極與外電源的正極相連;充電時(shí)為電解池,內(nèi)電路中鋰離子通過有機(jī)溶劑的傳導(dǎo)從正極(陽極)移動(dòng)到負(fù)極(陰極)。深化拓展離子導(dǎo)體中有機(jī)溶劑需同時(shí)具備溶解并傳導(dǎo)鋰離子兩種性能。酯基的存在能夠很好地提高有機(jī)溶劑對(duì)鋰鹽的溶解性,醚鍵的存在對(duì)鋰離子傳導(dǎo)具有很好的效果。因此新型的有機(jī)溶劑應(yīng)該是結(jié)構(gòu)單元中有酯基和醚鍵的高分子。二縮三乙二醇二丙烯酸酯與丙烯酸丁酯的共聚物做有機(jī)溶劑的基體,與鋰鹽復(fù)合形成良好的聚合物離子導(dǎo)體材料,推進(jìn)了固態(tài)新型聚合物鋰離子電池的發(fā)展。應(yīng)用體驗(yàn)視角手機(jī)電池中離子導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化1.[2023云南大理高二統(tǒng)考期末]LiPON薄膜鋰離子電池是目前研究最廣泛的全固態(tài)薄膜鋰離子電池。如圖為其工作示意圖,LiPON薄膜只允許Li+通過,放電時(shí)Li+移動(dòng)方向如圖中所示,電池反應(yīng)為LixSi+Li1-xCoO2

Si+LiCoO2。下列有關(guān)說法正確的是(

)A.a極電極電勢高于b極B.LiPON薄膜在充放電過程中質(zhì)量發(fā)生變化C.放電時(shí)b極發(fā)生的反應(yīng)為Li1-xCoO2+xe-+xLi+══LiCoO2D.導(dǎo)電介質(zhì)c可以是Li2SO4溶液C解析

電池放電時(shí)Li+向正極移動(dòng),由圖示得a極是負(fù)極、b極是正極,A不正確;LiPONB薄膜的作用是只允許Li+通過,在充放電過程中質(zhì)量不變,B不正確;放電時(shí)b極反應(yīng)為Li1-xCoO2+xe-+xLi+══LiCoO2,C正確;Li能與水反應(yīng),導(dǎo)電介質(zhì)c不能是水溶液,D不正確。2.2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了三位對(duì)鋰離子電池發(fā)展有著巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家。鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車等較多領(lǐng)域。(1)鋰元素在元素周期表中的位置為

(2)氧化鋰(Li2O)是制備鋰離子電池的重要原料,氧化鋰的電子式為

。

第2周期ⅠA族

(3)近日華為宣布,利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性,開發(fā)出了石墨烯電池,電池反應(yīng)式為LixC6+Li1-xCoO2

C6+LiCoO2,其工作原理如圖。①石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是可提高電池的能量密度,石墨烯為層狀結(jié)構(gòu),層與層之間存在的作用力是

。

②鋰離子電池不能用水溶液作離子導(dǎo)體的原因是_______________________________

(用離子方程式表示)。

范德華力(分子間作用力)2Li+2H2O══2Li++2OH-+H2↑③鋰離子電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為

。

④請(qǐng)指出使用鋰離子電池應(yīng)該注意的問題:

(回答一條即可)。

Li1-xCoO2+xLi++xe-══LiCoO2

避免過充、過放、過電流、短路及熱沖擊,同時(shí)可使用保護(hù)元件等

解析

(1)Li是3號(hào)元素,其原子結(jié)構(gòu)示意圖為

,所以Li在元素周期表的位置為第2周期ⅠA族。(2)Li2O是離子化合物,Li+與O2-之間通過離子鍵相結(jié)合,其電子式為(3)①石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是可提高電池的能量密度,石墨烯為層狀結(jié)構(gòu),在層內(nèi)碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合,在層與層之間存在的作用力是分子間作用力,也叫范德華力;②Li

是堿金屬元素,單質(zhì)比較活潑,易與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,反應(yīng)的離子方程式為2Li+2H2O══2Li++2OH-+H2↑,所以鋰離子電池不能用水溶液作離子導(dǎo)體;③根據(jù)鋰離子電池總反應(yīng)方程式可知,鋰離子電池在放電時(shí),正極電極反應(yīng)式為Li1-xCoO2+xLi++xe-══LiCoO2;④鋰離子電池在使用時(shí)應(yīng)該注意避免過充、過放、過電流、短路及熱沖擊,同時(shí)可使用保護(hù)元件等。探究二合成離子導(dǎo)體材料中有機(jī)溶劑的單體問題探究1.二縮三乙二醇二丙烯酸酯單體是如何獲得的?提示

二縮三乙二醇二丙烯酸酯的合成:可以先合成二縮三乙二醇,然后與丙烯酸酯化。2.丙烯酸丁酯單體是如何獲得的?提示

合成路線:(1)通過丙烯酸和正丁醇合成丙烯酸丁酯。(2)通過1-溴丁烷和丙烯酸鈉在一定條件下合成丙烯酸丁酯:深化拓展1.常見碳鏈成環(huán)的方法(1)烯、炔烴的成環(huán)①烯烴的氧化②炔烴的成環(huán)

③雙烯的成環(huán)

(2)烴的衍生物的縮合成環(huán)①羥基和羥基成環(huán)

②羥基和羧基酯化成環(huán)

③羧基和羧基成環(huán)

④羧基和氨基成環(huán)

2.常見碳鏈開環(huán)的方法(1)某些氧化反應(yīng),如某些含有碳碳雙鍵的環(huán)狀有機(jī)化合物被氧化可以生成鏈狀有機(jī)化合物。(2)某些水解反應(yīng),如環(huán)狀的酯可以水解生成鏈狀有機(jī)化合物。

3.官能團(tuán)的保護(hù)有機(jī)合成時(shí),往往向有機(jī)化合物分子中引入多個(gè)官能團(tuán),但有時(shí)在引入某一個(gè)官能團(tuán)時(shí)容易對(duì)其他官能團(tuán)造成破壞,導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的合成。因此,在制備過程中要把分子中的某些官能團(tuán)通過恰當(dāng)?shù)姆椒ūWo(hù)起來,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再將其轉(zhuǎn)變回來,從而達(dá)到有機(jī)合成的目的。(1)酚羥基的保護(hù)因酚羥基易被氧化,所以在氧化其他基團(tuán)前可以先使其與NaOH反應(yīng),把—OH(酚羥基)變?yōu)椤狾Na將—OH(酚羥基)保護(hù)起來,待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)椤狾H(酚羥基)。(2)碳碳雙鍵的保護(hù)碳碳雙鍵也容易被氧化,在氧化其他基團(tuán)前可以利用其與鹵素單質(zhì)、鹵化氫等的加成反應(yīng)將其保護(hù)起來,待氧化后再利用消去反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。例如,已知烯烴中

在某些強(qiáng)氧化劑的作用下易發(fā)生斷裂,因而在有機(jī)合成中有時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行保護(hù),過程可簡單表示如下:(3)氨基(—NH2)的保護(hù)如在對(duì)硝基甲苯合成對(duì)氨基苯甲酸的過程中應(yīng)先把—CH3氧化成—COOH,再把—NO2還原為—NH2。防止KMnO4氧化—CH3時(shí),—NH2(具有還原性)也被氧化。在檢驗(yàn)碳碳雙鍵時(shí),當(dāng)有機(jī)化合物中含有醛基、碳碳雙鍵等多種官能團(tuán)時(shí),可以先用弱氧化劑,如銀氨溶液、新制Cu(OH)2懸濁液等氧化醛基,再用溴水、酸性KMnO4溶液等對(duì)碳碳雙鍵進(jìn)行檢驗(yàn)。(4)醛基的保護(hù)醛基可被弱氧化劑氧化,為避免在反應(yīng)過程中受到影響,對(duì)其保護(hù)和恢復(fù)過程為:應(yīng)用體驗(yàn)視角合成離子導(dǎo)體材料中有機(jī)溶劑單體的選擇

寫出以乙烯為起始原料制備化合物二

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