二氧化碳是和一切动植物生活密切有关的气体,人以及其他动物呼出的气体里含有多量的二氧化碳;煤炭、木材、汽油、煤油以及天然气等燃料燃烧时都有二氧化碳生成成;动植物腐烂时也有二氧化碳产生.但在另一方画面,二氧化碳又是切绿色植物不可缺少的养料.在日光下,绿色植物吸收了空气里的二氧化碳,经过复杂的化学变化,最后转变成为它们的体质,由于这样的原因,大气里二氧化碳的含量基本上保持不变.

①工业上制取碳化钙并不是用碳和钙直接化合的方法(因为钙的价钱很贵),而是用焦炭在电炉(80000里还原氧化钙(即生石灰)而制得的.

3C+CaO=(高温）=CaC2+CO↑

应该注意,碳化钙(CaC2)以及乙炔(C2H2)的分子具有特殊的结构,不能简单地从它们的分子式来确定元素的化合价,在碳化钙分子里,钙是2价,根据分子式,似乎碳的化合价应该是1价,但实际上是4价,同样,在乙炔分子里,氢是1价,碳似乎应该也是1价,但实际上是生价。

    二氧化碳的物理性质  二氧化碳是一种无色的气体,比空气重(大约是相相同体积空气重的1.5倍),我们可以象倒水一样地把它从一个容器里倾倒到另一个容器里。

    二氧化碳比氧气或氢气容易溶解于水,在平常状况下,体积水能够溶解1体积二氧化碳,如果增加压强,水所能溶解的二氧化碳还将更多.平常我们用作清凉饮料的汽水,就是用较高的压强,把多量的二氧化碳气体溶解在饮米料里而制成的当我们打开汽水瓶盖时,由于瓶中压强减低,溶解在汽水里的二氧化碳气体大部分迅速逸出,因此有许多气泡冒出。

    比起氧气或氢气来,二氧化碳就显得很易液化,在平常温度下,只要把压强增加到60个大气压,它就变成无色的液体液态二氧化碳平时贮存在坚固的圆形钢筒里.当把液态二氧化碳从钢筒里倒出时,其中一部分迅速蒸发并吸收大量的热,使其余部分液态二氧化碳的温度急剧下降,最后凝成雪状的固体,经过压缩后的固态二氧化碳的外形象冰,称做“干冰”。

    把一筒(一般用钢筒)液态二氧化碳,斜置桌上(图84).在流出口处系上一个坚固的帆布袋,打开活门,让液态二氧化碳流出,数分钟后可以看到袋中有雪状的二氧化碳固体。

   “干冰”是一种比冰更好的致冷剂①.它冷却的温度比冰低得多,利用“干冰”,可以产生一78C的低温.而且,“干冰”熔化时,不会象冰那样变成液体,它直接蒸发成为温度很低的、干燥的二氧化碳气体,围绕于冷藏物品的四周,因此它的冷效果特别好.“干冰”现在用来保藏容易腐烂的食品。

    二氧化碳的化学性质  二氧化碳的化学性质比较稳定。

    二氧化碳没有可燃性(和氢气不同),它不能在空气或氧气里燃烧,这是因为在二氧化碳里,已经含有了充分的氧元素,不能再和更多的氧化合的缘故。

    二氧化碳一般说来是不能支持物质的燃烧的(和氧气不同),大多数燃烧着的物质不能在二氧化碳气体里继续燃烧例如,把燃着的蜡烛,插进盛有二氧化碳气体的广口瓶里,蜡烛很快就会熄灭.

    拿两枝短蜡烛分别放在一个梯形铁架的两层上,把蜡烛点着,然后把铁架挂在一个空烧杯里.另取二氧化碳气体一瓶,沿着烧杯边,象倒水一样地倒进烧杯里,可以看到低处的蜡烛先熄灭,然后高处的蜡烛也跟着炮灭(图3·5).这个实验说明了(1)二氧化碳比空气重,(2)二氧化碳不能维持蜡烛然烧。

①致冷剂就是能够产生低温的物质。

但是,并不是所有有物质都不能在二氧化碳弌体里燃烧的从二氧化碳的分子组成可以看出,在二氧化碳里含有氧元素由于这个氧元素是和碳元素化合着的,因此它的性质和单质的氧(即氧气)不同,它不能支持一般物质的燃烧,但如果有一种物质,它和氧结合的能力大大超过碳和氧结合的能力,它就有可能夺取二氧化碳里的氧,而使碳游离析出.例如,把燃着的镁条(镁是一种具有银白色光泽的很轻的金属,镁条在空气里燃烧时发出眩目的亮光.)放进二氧化碳气体里,镁条仍继续燃烧,生成白色的氧化镁粉末,同时,还有黑色的碳粒产生,这个反应的化学方程式是;

 2Mg(镁)+CO2=2Mg0(氧化镁)+C

    二氧化碳溶解在水里,和水发生化学反应,生成一种酸性的物质,叫做碳酸(H2CO).这个反应的化学方程式是:

CO2+H2O=H2CO3

碳酸是一种不稳定的物质,容易分解生成二氧化碳和水.因此,在碳酸的水溶液里,除含有碳酸外总是还有二氧化碳同时存在.
    

把二氧化碳气体通进澄清的石灰水,不久就有白色的沉淀(碳酸钙,分子式是CaCO3)析出,这个反应的化学方程式是：
CO2+Ca(OH)2[氢氧化钙(“石灰水”)]=Caco3↓[碳酸钙(白色沉淀)]+H2o

这个反应通常是用来检验二氧化碳的。
    我们呼吸时呼出的气体里含有多量的二氧化碳,这也可以用石灰水来检验.用一玻璃管,把我们呼出的气体吹进澄清的石灰水里,石灰水就会变为浑浊(图3·6)。
    动物不能在二氧化碳里生活,这并不是因为二氧化碳有毒,而是因为在二氧化碳里,动物得不到维持呼吸所必须的氧气,因而窒息而死,在地下室、山洞里,有时会因某种原因而积存着大量的的二氧化碳气体,人们如果不留心进入那里,由于二氧化碳是无色无嗅的气体,会在不知不觉中发生室息的危险.因此,在进入这些地方的时候,应该先用燃着的蜡烛来试验,如果蜡烛熄灭,说明那里积集有大量二氧化碳气体,必须设法先行通风,然后才能进去。

     二氧化碳的用途  在工业上,二氧化碳是制造纯破(即碳酸钠,Na2CO3)、焙用碱(又称小苏打,即碳酸氢钠 NAHCO3)、

碳酸氢铵(NH4CO3,一种重要的氮肥)等的主要原料.

    二氧化碳能够灭火,常用的二氧化碳灭火器是由一个铁制圆筒做成的.圆筒里盛有碳酸钠(NaCO3)和能够产生泡沫的“发泡剂”①的水溶液.在圆筒上部,有一个固定的金属支架,支架上放有一瓶硫酸或盐酸,瓶口用一个铅盖盖住.铁简的筒口用盖盖紧.筒的上部有一个喷出口(图3.7)。

    使用灭火器B时,只要把灭火器颠倒过来,盛酸玻璃瓶的铅盖自动落下,酸从瓶中倒出和筒内碳酸钠溶液发生反应,产生

①加入发泡剂”的目的,是使灭火器使用时喷出的二氧化气体,包围在无数稳定的、不易破裂的气泡里,这样可以减少二氧化碳的扩散.因为二氧化碳是气体,虽然它比空气重,但仍然有扩散作用,特别在温度比较高的时候,扩散更快,常用的“发泡剂”是甘草根的浸出液。

二氧化碳气体:

NA2CO3+H2S04=Na2SO4+H2O+-CO2↑

由于气体的压力,含有大量二氧化化碳气体的泡就从喷出口喷射出来。

    某些物质(例如石油、煤油、汽油等)着火的时候,是不能用水来扑救的,因为这些物质比水轻,它们能够浮在水面上继续燃烧,并且会跟随着水向四处流动,使燃烧的范围更加扩大.但如果使用二氧化碳灭火器器,喷射出来大量的二氧化碳泡沫比汽油等油类更轻,能浮在燃着的油液上面,把燃烧物和空气完全隔绝起来.这样,燃烧物将因得不到空气而熄灭。

    二氧化碳的制法  前面讲过,碳在空气或纯氧里燃烧,可以生成二氧化碳。但是,这样所得的二氧化碳是不纯净的,里面混杂着许多没有作用掉的氧气或其他气体,要从这种混和气体里分离出纯净的二氧化碳比较困难,在实验室里,纯净的二氧化碳是用盐酸和大理石或石灰石石(它们都是含有碳酸钙的岩石)反应而制得.反应的化学方程式是：

Caco3（碳酸钙）+2HC1（盐酸）=Cacl2（氯化钙）+H20+CO2↑

这个反应是固体和液体相接触,并在平常温度下就能进行,因此可以利用启普发生器来产生二氧化碳气体。
    二氧化碳能够溶解于水,因此收集二氧化碳气体时,不能采用排水集气法,而必须采用排气集气法.二氧化化碳比空气重,集气时瓶口应该向上,导气管向下,并要一直通到接近集气瓶的瓶底处.这样集气的方法,叫做下方排气法(图3·8)
    二氧化碳是无色气体,瓶中气体是否已集满,不能直接看出,可以用一根燃着的小木片放在瓶口,如果火焰熄灭,说明瓶里二氧化碳气体已经集满。

   集满二氧化碳气体的集气瓶,应该瓶口向上,正放在桌上,并在瓶口用玻璃片或厚纸盖住。

   利用上面的方法制取二氧化碳虽然比较方便,但所用的盐酸是一种比较贵的工业原料,因此,这个方法只是在实验室里制取少量二氧化碳时才适用,如果要大量生产二氧化碳,那就不经济了.现在工业上一般都用石灰石加热分解的方法来制取二氧化碳。