二氧化碳

二氧化碳是我们比较熟悉的一种碳的氧化物，本节将研究它的性质、用途和制法。

二氧化碳的物理性质

【观察与思考】

在天平的左盘放一只烧杯，右盘加砝码使之达到平衡。取一瓶二氧化碳，先观察其颜色和状态，然后倾倒入烧杯中。观察天平是否继续保持平衡（如图 7－10）。

二氧化碳是一种无色的气体，几乎没有气味（浓度大时，略带酸味）。从实验可以看出，二氧化碳可以像倾倒液体一样从一个容器倾倒到另一个容器中。这说明了二氧化碳的密度要比空气大得多。在标准状况下，二氧化碳的密度是 1.997 克/升，约是空气的 1.5 倍。

【观察与思考】

取一瓶汽水，打开瓶塞，立刻塞上配有导管的橡皮塞，并使瓶中逸出的气体经过一个空试管通到澄清的石灰水中（如图 7－11）。观察现象。实验告诉我们，汽水中溶有二氧化碳，说明二氧化碳可溶于水。在通常情况下，1 体积的水大约可溶解 1 体积的二氧化碳。如果增加压强，二氧化碳还可以溶解得更多些。汽水中的二氧化碳就是在加压的情况下溶解的。在加压的同时，不断降温冷却，二氧化碳先变成液体，最终形成雪花状固体。在常压和温度为-78.5℃时，固体二氧化碳能直接气化而不留下液体，因而称为“干冰”。

【问题讨论】

现在你能判断第 1 章“值得思考的现象”（3）中所提到“雪花”是什么物质了吗？

【选学】温室效应

人和动植物的呼吸、石油产品和煤等燃料的燃烧都会产生二氧化碳。而绿色植物的光合作用却吸收二氧化碳，放出氧气，所生成的氧气又供给人类和动植物的呼吸和燃料的燃烧。由于自然界二氧化碳存在着这样的循环（图7－12），所以空气中二氧化碳的含量（体积）一般都稳定在 0.03％左右。随着工业生产的发展，各种燃料燃烧后所放出的二氧化碳越来越多，而由于天灾和人为的乱砍滥伐，大片的森林在不断地减少，这样，空气中二氧化碳的含量就渐渐增加。在地球的大气层中，二氧化碳就像温室里的玻璃，能将太阳辐射的热量保留在大气中，因此，二氧化碳的增多必将使地球的气温不

断上升，这就是所谓的“温室效应”。随着科学研究的深入，人们发现能产生温室效应的气体，除二氧化碳外，还有一些其它气体，它们统称为“温室气体”。大气中二氧化碳浓度的增大，对生态环境、疾病的流行等都有一定的影响，近年来人们很关心由于温室效应而引起的地球气候变暖的问题。很多科学家认为由于地球气温的上升，将会使地球的冰帽融化，据计算机预测将会导致海平面上升，大片沿海土地淹没，同时，土壤中将有更多的水成为蒸汽进入大气，有些地区的土地将会沙漠化。但也有一些科学家持不同看法，他们认为全球变暖后海平面上升的情况并不像计算机预测的那样严重。相反，由于气温上升，二氧化碳浓度增大，可能将促进绿色植物的光合作用，使一部分作物增产。“人类只有一个地球！”为了保护人类赖以生存的地球，我们应该采取措施防止温室效应的进一步发展。目前科学家们正在致力研究减少、去除和回收温室气体的方法和途径。

二氧化碳的化学性质

不可燃，也不支持一般可燃物的燃烧

【观察与思考】

分别将固定在铁皮架上的三支短烛点燃，插入烧杯里，使最上层一支短烛的火焰刚好超出烧杯口的高度（图 7－13）。沿烧杯壁慢慢倾倒二氧化碳，注意观察燃着的蜡烛先后发生的现象。这个实验说明了二氧化碳的一个重要性质，即二氧化碳不能燃烧且在通常情况下也不能支持一般可燃物的燃烧。

我们已经知道空气中二氧化碳浓度稍高时，人的呼吸就感到困难，甚至引起窒息。在干涸的深井、深洞的底部和久未开启的菜窖底部等处都有可能贮有较多的二氧化碳。

【问题讨论】

在进入深井、深洞或菜窖之前，为什么要检验其中二氧化碳的浓度是否过大？怎样检验？

与水反应生成碳酸

【观察与思考】

如图 7－14，取甲、乙两支试管，各注入等量经煮沸过的冷蒸馏水，向甲试管的水中通入二氧化碳，片刻后在两支试管中各滴入 2～3 滴紫色石蕊试液，比较两试管的颜色。再将甲试管中的溶液加热至沸。观察颜色的变化。

未通二氧化碳的水中滴入石蕊试液，颜色仍显紫色，而溶有二氧化碳的水中滴入石蕊试液，溶液显红色。这说明了二氧化碳不仅溶于水，而且和水发生了反应，生成了一种酸性物质，这种物质就是碳酸。

CO2+H2O===H2CO3

所以，二氧化碳又叫“碳酸气”。

将滴有石蕊试液的碳酸溶液加热至沸后，溶液从红色又变成了紫色，说明溶液又不显酸性了。这是因为碳酸很不稳定，容易分解成二氧化碳和水。当加热时，分解出的二氧化碳从溶液里逸出，最终只剩下水，所以溶液又变成了紫色。

H2CO3===CO2+↑H2O

与石灰水［Ca（OH）2 的溶液］反应生成碳酸钙和水

二氧化碳还有一个重要的化学性质，就是能使澄清的石灰水变浑浊。这是由于二氧化碳与氢氧化钙反应生成难溶的碳酸钙沉淀的缘故。

Ca（OH）2+CO2===CaCO3↓+H2O

这个反应常用来检验二氧化碳的存在。

【问题讨论】

在墙壁外层抹了石灰浆［Ca（OH）2 和水的浆状物］后，常在室内生一堆炭火。这是为什么？当生了炭火之后的短时间内墙壁反而更加潮湿，这又是为什么？二氧化碳的制法

实验室制法

实验室常用石灰石（或大理石）和稀盐酸①反应制取二氧化碳。反应如下： CaCO3+2HCl===CaCl2+H2CO3

H2CO3===CO2↑+H2O

反应的总化学方程式为

CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O

【观察与思考】

如图 7－15 所示，在锥形瓶中放入大理石或石灰石，从长颈漏斗中注入稀盐酸。观察锥形瓶中所发生的现象。收集一瓶二氧化碳（及时检验是否已经集满）。

【问题讨论】

1.是不是凡有二氧化碳生成的反应都适宜于作为实验室制取二氧化碳的反应原理？2.实验室为什么要采用向上排空气集气法来收集二氧化碳？收集时为什么要将导气管插到瓶底？

3.检验二氧化碳是否集满集气瓶时，燃着的火柴应放在集气瓶口还是插入集气瓶中？为什么？

工业制法

二氧化碳 - 图1 工业上二氧化碳是高温煅烧石灰石制取生石灰的副产品。

CaCO3 CaO+CO2↑

把石灰石放在石灰窑里高温煅烧，在窑顶就可收集到二氧化碳。

工业上还常用燃烧炭或含碳化合物的方法获得二氧化碳。二氧化碳的用

途

二氧化碳是一种工业原料，制取纯碱、尿素、糖和汽水等都用到二氧化

碳。二氧化碳与氢气等在一定条件下反应可以制取甲醇、甲酸等化工原料。固体的二氧化碳——干冰可用作致冷剂。用飞机从高空撒布干冰，能够

促使空气里的水蒸气冷凝。这是人工降雨的一种方法。

植物进行光合作用需要二氧化碳，所以二氧化碳可作为肥料施用于温室里。

二氧化碳能有效地抑制昆虫、细菌等的生长，所以可以用来贮藏粮食、水果、蔬菜等。

二氧化碳是一种良好的灭火剂。它的密度比空气大，能覆盖在燃烧着的

① 硫酸虽然也能跟碳酸钙作用生成二氧化碳，但由于产物硫酸钙微溶于水，将包在块状碳酸钙的外面，致使反应难以继续。故实验室用大理石制取二氧化碳，一般都选用稀盐酸。

物体上面，隔绝空气，使燃烧物停止燃烧。

【观察与思考】

往大试管里注入纯碱（Na2CO3）的浓溶液。在盛有浓盐酸的小试管中插入一根细竹片，竹片的长度稍短于大试管的高度，小心地将小试管放进大试管内（注意不要使浓盐酸流出），把具喷嘴的塞子塞紧如（图 7－16）。然后将大试管倒转过去，使两种溶液混合。观察现象（注意实验时切勿将喷嘴对着别人或实验者自己）。

【问题讨论】

在上列实验中两种溶液混合后立即发生反应放出大量气体，所放出的是何种气体？
这个反应的原理是什么？能参考已学过的化学知识写出这个反应的化学方程式吗？
为什么所生成的气体会连同溶液一起从喷嘴口喷射出来？

通常使用的泡沫灭火器的原理与上列实验大致类似。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等。