2016-06-10 16:32:48
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二氧化碳 - 化学物质 编辑词条 修改义项名

所属类别 : 凝聚态物理学
编辑分类

二氧化碳是一种在常温下无色无味无臭的气体。化学式为CO₂,式量44.01,碳氧化物之一,俗名碳酸气,也称碳酸酐或碳酐。常温下是一种无色无味气体,密度比空气略大,溶于水(1体积H₂O可溶解1体积CO₂),并生成碳酸。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,也常在舞美中用于制造烟雾(干冰升华吸热,液化空气中的水蒸气)。

基本信息

  • 中文名称

    二氧化碳

  • 外文名称

    CO₂

  • 中文名

    二氧化碳

  • 外文名

    Carbondioxide

  • 别名

    碳酸气,干冰(固态)

  • 分子式

    CO2

  • 摩尔质量

     44.0095 g·mol⁻¹

  • 熔 点

    -78.45℃(194.7K)

  • 沸 点

    -56.55℃(216.6K)

  • 水溶性

    1.45 g/L(25℃,100kPa)

  • 闪    点

  • 什么可以分解

    碳酸钙

  • 分子直径

    0.33nm

折叠 编辑本段 基本简介

二氧化碳(英文名称:Carbon dioxide)是空气中常见的化合物,其分子式为CO,由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成。空气中有微量的二氧化碳,约占空气总体积的0.03%。二氧化碳能溶于水中,形成碳酸,碳酸是一种弱酸。由于空气中含有二氧化碳,所以通常情况下雨水的PH值大于等于5.6[1](CO₂本身没有毒性,但当空气中的CO₂超过正常含量时,会对人体产生有害的影响。)

折叠 编辑本段 性质

氧化物之一,是一种无机物,常温下是一种无色无味气体,且无毒。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,一定量的CO₂可以使澄清的石灰水(Ca(OH)₂)变浑浊,在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。

折叠 编辑本段 构成原理

C原子以sp杂化轨道形成δ键。分子形状为直线形。非极性分子。在CO2分子中,碳原子采用sp杂化轨道与氧原子成键。C原子的两个sp杂化轨道分别与两个O原子生成两个σ键。C原子上两个未参加杂化的p轨道与sp杂化轨道成直角,并且从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠,生成两个∏三中心四电子的离域键。因此,缩短了碳—氧原子间地距离,使CO2中碳氧键具有一定程度的叁键特征。决定分子形状的是sp杂化轨道,CO2为直线型分子式。二氧化碳密度较空气大,当二氧化碳少时对人体无危害,但其超过一定量时会影响人(其他生物也是)的呼吸,原因是血液中的碳酸浓度增大,酸性增强,并产生酸中毒。空气中二氧化碳的体积分数为1%时,感到气闷,头昏,心悸;4%-5%时感到眩晕。6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡

空气中有微量的二氧化碳,约占0.039%。二氧化碳能溶于水中,形成碳酸,碳酸是一种弱酸。

二氧化碳平均约占大气体积的387ppm。大气中的二氧化碳含量随季节变化,这主要是由于植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时,植物由于光合作用消耗二氧化碳,其含量随之减少;反之,当秋冬季来临时,植物不但不进行光合作用,反而制造二氧化碳,其含量随之上升。二氧化碳常压下为无色、无臭、不助燃[1]、不可燃的气体。二氧化碳是一种温室气体因为它发送可见光,但在强烈吸收红外线。二氧化碳的浓度于2009年增长了约二百万分之一。

折叠 编辑本段 基本用途

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、4Na + CO2==点燃==2Na2O + C、4K + CO2==点燃==2K2O + 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,因此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。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。但是,‘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。

折叠 编辑本段 制法介绍

折叠 工业制法

高温煅烧石灰石

CaCO3==高温== CaO + CO2↑

折叠 实验室制法

大理石或石灰石和稀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

另外,不能用碳酸钠、纯碳酸钙和盐酸反应制取,因为反应速率太快,不易收集;不能用石灰石浓盐酸反应,因为浓盐酸易挥发出大量氯化氢气体,使氯化氢无法完全去除,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,因为反应会生成微溶于水的硫酸钙,硫酸钙会附盖在石灰石表面,阻碍内部反应的继续进行。附:CaCO3+H2SO4====CaSO4+H2O+CO2↑

Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑

Na2CO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+CO2↑

折叠 检验方法

将二氧化碳通入澄清石灰水中,澄清石灰水会变白色浑浊,产生的沉淀是碳酸钙。

折叠 编辑本段 ​聚二氧化碳

一种正在研究的新型合成材料,以二氧化碳为单体原料在双金属配位PBM型催化剂作用下,被活化到较高的程度时,与环氧化物发生共聚反应,生成脂肪族聚碳酸酯(PPC),经过后处理,就得到二氧化碳树脂材料。在聚合中加入其它反应物,可以得到各种不同化学结构的二氧化碳树脂。二氧化碳共聚物具有柔性的分子链,容易通过改变其化学结构来调整其性能;较易在热、催化剂、或微生物作用下发生分解,但也可以通过一定的措施加以控制:对氧和其它气体有很低的透过性。

可开发出以下用途的产品:

1.从脂肪族聚碳酸酯与多异氰酸酯制备聚氨酯材料,优于普通聚酯聚氨酯的耐水解性能。

2.用顺丁烯二酸酐作为第三单体进行三元共聚;产物是一种含碳酸酯基和酯基的不饱和树脂,可交联固化,亦能与纤维之类固体复合,是类似于普通不饱和聚酯使用的一种新材料。

3.脂肪族聚碳酸酯可以与各种聚合物共混而获得各种不同的性能。可以用作环氧树脂、PVC塑料等的增韧剂、增塑剂或加工助剂。

4.二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物,二氧化碳、环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物彻底分解,不留残渣,是一类有希望的生物降解材料。

5.二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物可望用作抗凝血材料或用作药物缓释剂。

6.某些二氧化碳共聚物可用作固体颜料或填料的表面处理剂,隔氧材料,表面活性剂,陶瓷胶粘剂,热熔胶等。

7.聚碳酸亚丙酯与丁腈橡胶共混物有良好的耐油耐热氧老化性能,有比普通丁腈胶更好的机械性能,是一种优异的新型耐油橡胶。该项目每吨二氧化碳树脂成本约为环氧丙烷原料的价格,相当于国外工艺的3-30%,很有机会在国外立足发展。.PPC/NBR型耐油橡胶的成本可比用纯丁腈降低10%左右,每吨产品的成本可降低1000元以上。

通用名称:二氧化碳

英文名称:Carbon Dioxide

中文别名:碳酸气

英文别名:Carbonic Acid Gas、Carbonic Anhydride

折叠 编辑本段 化学方程式

C+O2点燃====CO2   现象:生成能使纯净的石灰水变浑浊的气体

Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O 现象:生成白色的沉淀,用于检验二氧化碳

CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2  现象:白色固体逐渐溶解

Ca(HCO3) △====CaCO3↓+CO2↑+H2O 现象:生成白色的沉淀,同时有能使纯净的石灰水变浑浊的气体生成

Cu2(OH)2CO3△====2CuO+H2O+CO2↑ 现象:固体由绿色逐渐变成黑色,同时有能使纯净石灰水变浑浊的气体生成

2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O(也可为KOH) 现象:不明显

CaCO3高温====CaO+CO2↑  现象:有能使纯净石灰水变浑浊的气体生成

CaCo3+2HCl====CaCl2+H2O+CO2↑

跟一氧化碳有关的,但同时也跟二氧化碳有关:

Fe3O4+4CO====3Fe+4CO2 现象:固体由黑色变成银白色,同时有能使纯净石灰水变浑浊的气体生成

高温

FeO+CO===Fe+CO2      现象:固体由黑色逐渐变成银白色,同时有能使纯净石灰水变浑浊的气体生成

高温

Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2 现象:固体由红色逐渐变成银白色,同时有能使纯净石灰水变浑浊的气体生成

高温

CuO+CO====Cu+CO2      现象:固体由黑色变成红色,同时有能使纯净石灰水变浑浊的气体生成[2]

2CO+O2点燃====2CO2

折叠 编辑本段 相关危害

现在地球上气温越来越高,是因为二氧化碳增多造成的。因为二氧化碳具有保温的作用,现在这一群体的成员越来越多,使温度升高,近100年,全球气温升高0.6℃,照这样下去,预计到21世纪中叶,全球气温将升高1.5——4.5℃。

海平面升高,也是二氧化碳增多造成的,近100年,海平面上升14厘米,到21世纪中叶,海平面将会上升25——140厘米,海平面的上升,亚马逊雨林将会消失,两极海洋的冰块也将大部分融化。所有这些变化对野生动植物而言无异于灭顶之灾。

空气中一般含有约0.03%二氧化碳,但由于人类活动(如化石燃料燃烧)影响,近年来二氧化碳含量猛增,导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高……旨在遏制二氧化碳过量排放的《京都议定书》已经生效,有望通过国际合作遏制温室效应。

折叠 最新二氧化碳浓度含量与人体生理反应

·150~350:是不可能的

·350~450ppm:同一般室外环境   

·350~1200ppm:空气清新,呼吸顺畅   

·1200~2500ppm:感觉空气浑浊,并开始觉得昏昏欲睡   

·2500~5000ppm:感觉头痛、嗜睡、呆滞、注意力无法集中、心跳加速、轻度恶心   

·大于5000ppm:可能导致严重缺氧,造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡

安全信息

  • 包装等级:III
  • 危险类别:2.2
  • 海关编码:2811210000
  • 危险品运输编码:UN 1013 2.2
  • WGK Germany:-
  • 安全说明:S9
  • RTECS号:FF6400000

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