第一节 二氧化碳

二氧化碳是大家都很熟悉的一种无色、无味气体。空气中二氧化碳的体积分数约为 0.03％，含碳物质的燃烧和动植物的呼吸，都要产生二氧化碳。二氧化碳在整个生态系统的循环中起着重要的作用。

二氧化碳可以像液体一样倾倒液体可以倾倒，气体也可以倾倒吗？

［实验 9—1］在自制的杠杆的两端，挂上质量相同的两个纸袋(图 9—

1)，使杠杆平衡后，将集气瓶里的二氧化碳像倾倒水一样，倒进其中的一个纸袋中，观察发生的现象。

图 9-1 向纸袋里倾倒二氧化碳二氧化碳气体比空气重，在标准状况下的密度为

1.977 克/升，可以像倾倒液体那样把它从一个容器倒入另一个容器中。碳酸饮料与二氧化碳的溶解度

天气炎热时，大家喜欢喝碳酸饮料来解暑。当打开这种饮料瓶盖时，会出现许多气泡，并有气体从瓶中逸出。逸出的气体的主要成分是什么呢？打开瓶盖后，它为什么会逸出呢？

［实验 9—2］打开一瓶碳酸饮料，用一只滴管在瓶口处吸取气体，然后将吸取的气体挤入盛有澄清石灰水的试管中，振荡试管，观察现象。

原来碳酸饮料是在加压或降温的情况下，将二氧化碳溶解在水里制成的。

气体的溶解性可以用气体溶解度来表示。气体溶解度通常指的是该气体(其压强为 101 千帕)在一定温度时溶解在 1 体积的水里达到饱和状态时气体的体积数①。通常情况下，1 体积水只能溶解 1 体积的二氧化碳。在加压情况下，可有更多的二氧化碳溶解在密封的饮料瓶的水里。当打开瓶盖时，瓶内压强减少，二氧化碳的溶解度也要减小，因而有气泡出现并有二氧化碳逸出瓶口。

除了压强能影响二氧化碳在水中的溶解度外，温度对二氧化碳的溶解度也有影响。一般说来，温度升高时，二氧化碳的溶解度要减小；反之，温度降低时，二氧化碳的溶解度要增大。碳酸饮料厂就是利用这个原理，在低温下使更多的二氧化碳溶于水。

温度、压强对其它气体溶解度的影响，与对二氧化碳溶解度的影响相似。

【想一想】生活中哪些例子说明气体的溶解度要受温度和压强的影响？

① 非标准状况时的气体体积数要换算成标准状况时的体积数。

干冰与舞台云雾

在舞台演出或拍电影、电视时，常常要制造云雾缭绕的场面，这时可以借助于一种叫做干冰的物质。干冰是什么呢？

干冰是固体二氧化碳。在加压和冷却的情况下，二氧化碳会变成无色液体；温度再降低，就会变成雪状固体。经过压缩的二氧化碳固体叫做干冰。

干冰可直接气化为二氧化碳气体，并吸收大量的热，使周围的温度降低。当在舞台上或电影、电视摄影棚里使用干冰时，干冰气化使空气中的水蒸气冷凝成小水滴，产生人造云雾。

干冰的这种性质，还可以用来进行人工降雨和保藏易腐败的食品。用干冰作致冷剂保藏食品，最大的优点是气化后除产生二氧化碳气体外，没有其它残余物，不会污染食品，也不会使食品潮湿。

二氧化碳与灭火

在一般情况下，二氧化碳既不燃烧，也不支持燃烧。

［实验 9—3］如图 9—2 所示，将蜡烛点燃后，向烧杯里倾倒二氧化碳， 注意蜡烛燃烧现象有什么变化？

图 9-2 二氧化碳熄灭燃烧着的蜡烛

二氧化碳比空气重，又不支持燃烧，因而可以用来灭火。通常的灭火器就是利用化学反应产生二氧化碳来灭火的一种设备。例如，泡沫灭火器利用下述反应产生二氧化碳：

Na2CO3＋H2SO4＝Na2SO4＋H2O＋CO2↑

［实验 9—4］在吸滤瓶里注入饱和碳酸钠溶液，用细线把盛有浓盐酸① 的小试管系住，小心地放进吸滤瓶(注意：不要使浓盐酸流出)，把塞子塞紧

［图 9—3(Ⅰ)］，然后把吸滤瓶倒转过来［图 9—3(Ⅱ)］，使两种溶液混合， 注意观察吸滤瓶里和侧管处(要注意安全，切勿让吸滤瓶的侧管口对着人)有什么现象发生？

图 9-3 灭火器原理

泡沫灭火器除装有产生二氧化碳的原料外，还装有能够产生泡沫的物质，如用甘草或皂角作原料制成的液体。图 9—4(Ⅰ)是常见的泡沫灭火器的

① 实验时用浓盐酸代替硫酸是为了安全。

剖面图。使用时，将灭火器倒置［图 9—4(Ⅱ)］，药液混合发生反应，大量二氧化碳和发泡剂形成不易破裂的泡沫，从喷嘴中喷射出来。这种泡沫比油还轻，就像棉胎那样覆盖在燃烧物上面，火就熄灭了。

图 9-4 泡沫灭火器示意图

除泡沫灭火器外，常用的灭火器还有干粉灭火器和液态二氧化碳灭火器。

干粉灭火器里的灭火剂是压缩二氧化碳吹干粉(主要含碳酸氢钠等物质)。这种干粉流动性好，喷射效率高，不易腐蚀容器，不易变质。

液态二氧化碳灭火器是在加压情况下把液态二氧化碳装入小钢瓶里制成的。当打开阀门时，喷出的二氧化碳形成一层气体覆盖物，使火焰立即熄灭， 而被灭火的物质不会被损坏。这种灭火器可用于油类或电器等不宜用水扑灭的火灾。

二氧化碳不仅不支持燃烧，也不支持呼吸。空气中二氧化碳含量高时， 空气里氧气含量便会降低，从而使人感到不适。空气中含二氧化碳达 1％时， 对人就有危害；达 4％～5％时，会使人感到气喘、头痛、眩晕；达 10％时， 人便会不省人事，呼吸逐渐停止，以致死亡。

进入干涸的深井、深洞或久未开启的甘薯窖或白菜窖时，须先用灯火试验。若灯火熄灭或燃烧不旺，说明二氧化碳的浓度较大，就不能进去。

二氧化碳是酸性氧化物

【想一想】二氧化碳溶于水时会发生什么样的反应？

［实验 9—5］在一支盛有少量蒸馏水的试管中，加入 2～3 滴石蕊试液， 向该溶液中通入二氧化碳气体，观察溶液颜色的变化。

二氧化碳溶于水时有一部分要跟水起反应，生成碳酸。

CO2＋H2O＝H2CO3

［实验 9—6］将实验 9—5 中盛有碳酸溶液的试管在酒精灯上加热，观察溶液颜色的变化。

碳酸不稳定，受热时易分解为二氧化碳和水。

H2CO3 H2O＋CO2↑

碳酸分解了，溶解在水里的二氧化碳气体逸出，溶液又恢复紫色。

【想一想】在建筑工地上，工人师傅经常用熟石灰、粘土、砂子混合制成三合土或用石灰膏和砂子混合来砌砖、抹墙。这种用石灰膏抹的墙过一段时间就会变白、变硬。这是为什么？写出所发生反应的化学方程式。

二氧化碳是酸性氧化物，它不仅能跟氢氧化钙溶液反应，还能跟氢氧化钠、氢氧化钾等碱溶液反应。

【练一练】写出二氧化碳分别跟氢氧化钠、氢氧化钾溶液反应的化学方程式。

二氧化碳的制取

实验室里通常是用石灰石或大理石(主要成分是碳酸钙)和稀盐酸反应来制取二氧化碳的。

［实验 9—7］在一支小试管中加入 2～3 块石灰石，用胶头滴管向试管里滴入 3～5 滴盐酸，观察石灰石表面发生的现象。用燃着的木条在试管口检验所产生的气体。

碳酸钙跟稀盐酸反应的化学方程式为：

CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑

［实验 9—8］图 9—5 所示是制取并用向上排空气法收集二氧化碳的实验装置。在左边的广口瓶里放一些小块大理石，从长颈漏斗注入稀盐酸，并让液面没过漏斗末端，注意观察该广口瓶中发生的变化。

【想一想】上述实验中，为什么要使用长颈漏斗？为什么长颈漏斗的末端要浸没在液面以下？收集二氧化碳时为什么导管要插到集气瓶底部？怎样检验集气瓶里已收集满了二氧化碳？

图 9-5 二氧化碳的制取

二氧化碳比空气重，并能溶于水，因此要用向上排空气法收集。

工业上利用煅烧石灰石制取生石灰的同时，得到副产品二氧化碳。煅烧石灰石用的“石灰窑”如图 9—6 所示。

CaCO3 CaO+CO2↑

二氧化碳是一种重要的化工原料，可以用来制取纯碱、尿素、碳铵等。二氧化碳还是生命活动的重要物质，植物进行光合作用时，将二氧化碳转化为葡萄糖和淀粉；在温室里二氧化碳常用作气体肥料。

图 9-6 石灰窑示意图