[ 化学 ] 大自然中的二氧化碳

二氧化碳的循环

自然界中的二氧化碳在不断循环。

植物光合作用、水体溶解二氧化碳是消耗二氧化碳的主要途径，而生物的呼吸作用、化石燃料燃烧、火山喷发等过程又会把二氧化碳重新释放出来。

而人类对化石燃料的大量开发利用，使大气中的二氧化碳含量逐年升高（ 化石燃料主要成分是碳氢化合物，燃烧会产生 $\ce{CO2}$ 和 $\ce{H2O}$ ）。

二氧化碳是一种温室气体（之前学过的甲烷同样是一种温室气体），会加剧温室效应，导致全球气候变暖。因此我们要做到低碳生活（节约用电、少用一次性筷子、低碳出行、植树造林等），降低二氧化碳的排放。

大气中二氧化碳含量的趋势是逐年上升的。一年中冬季大气中二氧化碳含量最高，原因是植物的光合作用减弱，燃煤供暖会排放出大量的二氧化碳。

二氧化碳的性质

物理性质与用途

二氧化碳是一种无色无味的气体，密度大于空气，能溶于水（不是易溶于水！！！）。

二氧化碳的相对分子质量是 44 ，空气的相对分子质量是 29 。气体的密度由相对分子质量决定。

二氧化碳固体俗称干冰，易升华 （ 固态物质不经过液态直接变为气态 ）。

干冰升华时会吸收大量的热，使周围的水蒸气液化成为小液滴，产生白雾。因此，干冰可用于制冷，人工降雨，制造舞台效果等。

化学性质与用途

• 二氧化碳不燃烧，不支持燃烧。可以用于灭火。
• 二氧化碳化学性质稳定。可以用作保护气。
• 二氧化碳是植物光合作用的原料。因此可以用作气体肥料。
• 二氧化碳不供给呼吸。

二氧化碳的工业制取

高温煅烧石灰石或大理石（主要成分都是 $\ce{CaCO3}$ ），制取二氧化碳，化学式为：

$$\ce{CaCO3 \xlongequal{高温} CaO + CO2 ^}$$

二氧化碳的实验室制取

用块状的大理石或石灰石和稀盐酸（ $\ce{HCl}$ ）反应制取，化学式为：

$$\ce{CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 ^}$$

注意事项

• 用块状大理石和石灰石而不是粉末状 $\ce{CaCO3}$ 的原因：反应速率太快，不易控制。（反应物和生成物的接触面积过大）
• 用 $$\ce{HCl}$$ 而不是 $\ce{H2SO4}$ 的原因：会生成微溶于水的 $\ce{CaSO4}$$ ，盖在大理石的表面，阻碍大理石与 $$\ce{H2SO4}$ 的反应。
• 用稀盐酸而不是浓盐酸的原因：浓盐酸具有挥发性，使制得气体中含有 $$\ce{HCl}$$ 气体，导致制取出的二氧化碳不纯。

检验方法：能使澄清石灰水变浑浊，则生成的是二氧化碳。

验满方法：把燃着的木条 （不是带火星的木条！！） 放在瓶口 （不是瓶内！） ，木条熄灭则满。

二氧化碳与水的反应

二氧化碳溶于水后与水反应生成碳酸，化学式为：

$$\ce{CO2 + H2O = H2CO3}$$

碳酸的水溶液可以使紫色石蕊试液变成红色。（紫色石蕊试液可以判断液体酸碱性，如果试液显红色则是酸性，蓝色是碱性）

经过加热后变红的石蕊试液会重新变回紫色，这是因为：

$$\ce{H2CO3 \xlongequal{\Delta} H2O + CO2 ^ }$$

碳酸被分解掉了。

二氧化碳也可以参与植物的光合作用，合成葡萄糖（ $\ce{C6H12O6}$ ），化学式为：

$$\ce{6CO2 + 6H2O \xlongequal[叶绿素]{光} C6H12O6 + 6O2}$$

二氧化碳与碳的反应

$$\ce{CO2 + C \xlongequal{高温} 2CO}$$

二氧化碳与镁的反应

$$\ce{Mg + CO2 \xlongequal{点燃} 2MgO + C}$$

因此，储存有镁金属的仓库着火不能用二氧化碳灭火器。

二氧化碳与氢氧化钙水溶液的反应

二氧化碳能与氢氧化钙 [ $\ce{Ca(OH)2}$ ] 的水溶液（俗称石灰水）反应，化学式为：

$$\ce{Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 v + H2O }$$

现象：澄清的石灰水变浑浊。

这一反应用于检验二氧化碳的存在。