鲁教版高中化学选修三第三章微项目改进手机电池中的离子导体材料导学案.docxVIP

选修3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导学案

【课标分析】

1．以手机电池离子导体材料改进为情境，学生经历问题提出、方案设计与实验实施、结果分析与反思等探究过程。在此期间大胆创新合成策略、原料或条件，培养宏观辨识与微观探析、实验探究与创新意识，形成科学研究思维与精神。

2．要求学生掌握加成、取代等常见有机合成反应类型，依据离子导体材料目标结构，选择原料与路线设计方案并优化，将有机合成知识用于构建材料有机框架。

【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。

【评价目标】

1．熟悉有机合成路线设计的基本原则与方法，能够根据给定的离子导体材料性能要求，设计出至少一条合理的有机合成初步路线，并能清晰解释每一步骤的设计意图。

2．观察学生在小组合作中的参与度，包括是否积极贡献自己的想法与见解、是否主动承担小组任务并认真履行职责。

【教学重难点】

1．有机合成构建离子导体材料的反应与路线设计。

2.材料结构性能关联及有机合成优化机制。

【教学过程】

项目活动1设计手机新型电池中离子导体材料的结构

某种锂离子电池的工作原理示意图

【活动探究】

1.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？

2.小组合作，结合教材中“资料卡片”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，写出相应的有机化合物的结构简式，并交流讨论。

【归纳总结】

锂电池有机溶剂的选择

1.常见锂电池的有机溶剂的类别

（1）质子溶剂，如乙醇、乙酸等。

（2）极性非质子溶剂，如碳酸酯、醚类等。

（3）惰性溶剂，如四氯化碳等。

锂电池常用的溶剂一般是极性非质子溶剂，这些溶剂中常含有CO、SO、CN、C—O等极性基团，能够有效地溶解锂盐并提高电解液的电化学稳定性。

2.有机溶剂选择的原则

（1）有机溶剂对电极应是惰性的，在电流充放电过程中不与正负极发生电化学反应，稳定性好。

（2）应同时具备溶解并传导锂离子两种性能。

（3）有机溶剂应该性能稳定且为固态。

【迁移应用】

1.一种3D打印机的柔性电池以碳纳米管作电极材料，以吸收ZnSO4溶液的有机高聚物为固态电解质，其电池总反应为MnO2+12Zn+(1+x6)H2O+16ZnSO4MnOOH+16ZnSO4·3Zn(OH)2·xH2O，其电池结构如图1所示，图2

A.放电时，含有锌膜的碳纳米管纤维作电池负极

B.有机高聚物中含有的化学键有极性键、非极性键和氢键

C.合成有机高聚物的单体是

D.放电时，电极的正极反应为MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-

2.尿素()分子中氮原子连接的氢原子可以像苯酚分子中苯环上的氢原子那样与甲醛发生反应，生成交联脲醛树脂，其结构片段如下图所示(图中表示链延长)。下列说法不正确的是

A.尿素可以与甲醛发生加成反应生成

B.脲醛树脂的合成反应为缩聚反应

C.交联脲醛树脂在一定条件下可以发生水解反应，重新生成尿素和甲醛

D.甲醛可以与交联成网状结构的脲醛树脂

项目活动2合成离子导体材料中有机溶剂的单体

【活动探究】

1.以乙烯和丙烯为基础原料(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，画出流程图。

2.如何评价不同合成路线的优劣，梳理分析评价的角度。

【归纳总结】

总结在项目完成的整个过程中基于有机合成解决实际材料问题的思路和方法，示例如下:

【迁移应用】一种有机玻璃的结构简式为。下列关于它的叙述不正确的是

A.该有机玻璃的化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯

B.该有机玻璃可用2-甲基丙烯酸和甲醇为原料，通过酯化反应、加聚反应制得

C.它在一定条件下发生水解反应时，可得到另外一种高分子化合物

D.等物质的量的该有机玻璃和2-甲基丙烯酸甲酯完全燃烧，二者耗氧量相同

【随堂检测】

1.离子液体在有机合成、无机合成等方面有着重要应用。咪唑是合成离子液体的一种原料，其结构如图所示，下列有关咪唑的说法正确的是

A.分子式为C3H3N2B.分子中有一种非极性键和两种极性键

C.可以发生取代、加成、氧化反应D.一氯取代物共有5种

能源、信息、材料是新科技革命的三大支柱，现有一种叫HEMA的材料，是用来制备软质隐形眼镜的，其结构简式为，则合成