二氧化碳的性质(二氧化碳的物理性质,化学性质
基本性质 碳氧化物之一,是一种无机物,常温下是一种无色无味气体,密度比空气略大,能溶于水,并生成碳酸。(碳酸饮料基本原理)使紫色石蕊溶液变红,可以使澄清的石灰水(Ca(OH)2)变浑浊,做关于呼吸作用的产物等产生二氧化碳的试验都可以用到。还可以支持镁带燃烧。
制备或来源
可由碳在过量的空气中燃烧或使大理石、石灰石、白云石(主要成分均为CaCO3)煅烧或与酸的作用而得。是石灰、发酵等工业的副产品。CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑
用途
气体二氧化碳用于制碱工业、制糖工业,并用于钢铸件的淬火和铅白的制造等。
二氧化碳在焊接领域应用广泛。
如二氧化碳气体保护焊,是目前生产中应用最多的方法
固态二氧化碳俗称干冰,升华时可吸收大量热,因而用作制冷剂,如人工降雨,也常在
舞台中用于制造烟雾。二氧化碳一般不燃烧也不支持燃烧,常温下密度比空气略大,受热膨胀后则会聚集于上方。也常被用作灭火剂但Mg、Na、K等燃烧时不能用CO2来灭火,因为2Mg + CO2==点燃== 2MgO + C、2Na + CO2==点燃==Na2O + C、K + CO2==点燃== K2O + C。
二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料,温室中常用二氧化碳作肥料。光合作用总反应CO2+H2O —叶绿体、光照→ C6H12O6 + O2注意光合作用释放的氧气全部来自水,光合作用的产物不仅是糖类,还有氨基酸(无蛋白质)、脂肪,光合作用产物应当是有机物。
各步分反应2H2O —光照→ 2H2↑+ O2↑(水的光解) NADP+ + 2e- + H+ → NADPH(递氢) ADP + Pi —→ ATP (递能) CO?+C5化合物→C6化合物(二氧化碳的固定) C6化合物 —ATP、NADPH→(CH2O)n + C5化合物(有机物的生成)
二氧化碳还可用于制取金刚石,反应的化学方程式为4Na+CO2=2Na2O+C,反应的条件为440℃及800个大气压,在这样的条件下,二氧化碳会形成超流体,能够吸附在钠的表面,加速电子从钠传递至二氧化碳的过程。当温度降低至400℃时,就没有金刚石的产生了,当压力下降时,生成物也主要以石墨为主。
液体二氧化碳密度1.1克/厘米3。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳,俗称干冰,是一种低温致冷剂,密度为1.56克/厘米3。二氧化碳能溶于水,20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳,一部分跟水反应生成碳酸。化学性质稳定,没有可燃性,一般不支持燃烧,但活泼金属可在二氧化碳中燃烧,如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。二氧化碳是酸性氧化物,可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒,但空气中二氧化碳含量过高时,也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火。二氧化碳在大气中约占总体积的0.03%,人呼出的气体中二氧化碳约占4%。实验室中常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳,工业上用煅烧石灰石或酿酒的发酵气中来获得二氧化碳。
二氧化碳对农业的影响
实验证明在CO2高浓度的环境下,植物会生长得更快速和高大。,‘全球变暖’的结果可会影响大气环流,继 而改变全球的雨量分布与及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解‘全球变暖’对各地区性气候的影响,以致对植物生态所 产生的转变亦未能确定。
制法
工业制法
高温煅烧石灰石
CaCO3==高温== CaO + CO2↑
实验室制法
大理石或石灰石和盐酸反应通常需要对气体进行除杂干燥,盐酸反应时会挥发出氯化氢(HCl)气体,所以要通过饱和碳酸氢钠(NaHCO3)溶液除去气体中的氯化氢。溶液中的反应,气体溢出时会带出水蒸气,所以要求严格或必要时要对气体进行干燥,通常用装有浓硫酸的洗气瓶进行干燥。
CaCO3+ 2HCl ==== CaCl2+ H2O + CO2↑
点燃
C+O2=======CO2
,不能用碳酸钠和盐酸反应制取,因为反应速率太快,不易收集;不能用碳酸钙和浓盐酸反应,因为浓盐酸易挥发出大量氯化氢气体,使碳酸氢钠无法完全去除,制得的二氧化碳纯度会下降;也不能用碳酸钙和稀硫酸反应收集,因为反应会生成难溶的硫酸钙,硫酸根会附着在碳酸钙表面,使碳酸钙无法与酸接触,影响反应的继续。附CaCO3+H2SO4====CaSO4+H2O+CO2↑
Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+CO2↑
(上文实验室不适用的三种方法)
民间制法
小苏打(碳酸氢钠)和白醋反应
NaHCO3+ CH3COOH ==== CH3COONa + H2O+ CO2↑
有关化学方程式 由于碳酸很不稳定,容易分解
H2CO3==== H2O + CO2↑
所以,2HCl + CaCO3==== CaCl2+ H2O + CO2↑
二氧化碳能微溶于水形成碳酸
CO2+ H2O ==== H2CO3
向澄清的石灰水加入二氧化碳,会使澄清的石灰水变浑浊,生成碳酸钙沉淀
CO2+ Ca(OH)2==== CaCO3↓ + H2O
如果二氧化碳过量会有
CaCO3+ CO2+ H2O ==== Ca(HCO3)2
二氧化碳会使烧碱变质
2NaOH + CO2==== Na2CO3+ H2O
如果二氧化碳过量
Na2CO3+ CO2+ H2O ==== 2NaHCO3
即
NaOH + CO2==== NaHCO3
二氧化碳和金属镁反应
2Mg + CO2(过量) ==点燃==2MgO + C
Mg + CO2(少量) ==点燃==MgO + CO
工业制法高温煅烧石灰石
CaCO3==高温== CaO + CO2↑
实验室制法
CaCO3+2HCI=CaCl2+ H2O + CO2↑
C+O2==点燃==CO2
二氧化碳的固定
CO?+C5→(酶) 2C?
在光合作用中的暗反应阶段,一分子的CO2和一分子的五碳化合物反应生成两分子的三碳化合物。
二氧化碳与一氧化碳的互相转化
CO2+C==高温==2CO
2CO+O2==点燃==2CO2。