化学二氧化碳思维导图

一、二氧化碳的性质

1. 物理性质

• 1.1 常态
  • 无色无味的气体
  • 比空气略重
    • 1.2 溶解性
  • 能溶于水
  • 溶解度受温度影响，温度越高溶解度越低，压强越大溶解度越高
    • 1.3 状态变化
  • 固态二氧化碳（干冰）升华时吸收大量热，导致周围环境温度降低
    • 1.4 毒性
  • 低浓度无毒，但高浓度会导致窒息

2. 化学性质

• 2.1 不可燃性
  • 不能燃烧
  • 不支持燃烧（灭火原理）
    • 2.2 与水反应
  • 2.2.1 反应方程式: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ （可逆反应）
  • 2.2.2 反应现象：紫色石蕊试液变红
  • 2.2.3 应用：制造碳酸饮料
  • 2.2.4 酸性氧化物：与水反应生成酸的氧化物
    • 2.3 与石灰水反应
  • 2.3.1 反应方程式：CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O
  • 2.3.2 反应现象：石灰水变浑浊
  • 2.3.3 应用：检验二氧化碳气体
    • 2.4 与碱溶液反应
  • 2.4.1 与氢氧化钠反应：CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O
  • 2.4.2 重要性：吸收工业废气中的二氧化碳
    • 2.5 与活泼金属反应
  • 2.5.1 与镁反应：2Mg + CO₂ = 2MgO + C
  • 2.5.2 反应条件：点燃
  • 2.5.3 反应现象：剧烈燃烧，生成白色固体和黑色固体
  • 2.5.4 说明：二氧化碳在一定条件下可表现出氧化性

二、二氧化碳的制取

1. 实验室制法

• 1.1 原理
  • 1.1.1 反应物：石灰石或大理石 (CaCO₃) 与稀盐酸 (HCl)
  • 1.1.2 反应方程式：CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
    • 1.2 装置
  • 1.2.1 发生装置：固液常温型
  • 1.2.2 洗气装置 (通常省略): 除去HCl气体，用饱和碳酸氢钠溶液
  • 1.2.3 收集方法：向上排空气法（密度比空气大）
  • 1.2.4 验满方法：用燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭，证明已满
    • 1.3 注意事项
  • 不能用稀硫酸：生成难溶的硫酸钙，阻止反应进行
  • 不能用浓盐酸：挥发性，使二氧化碳不纯
  • 不能用石灰石粉末：反应过快，不易收集

2. 工业制法

• 2.1 原理：煅烧石灰石
  • 2.2 反应方程式：CaCO₃ (高温) = CaO + CO₂↑
  • 2.3 意义：同时得到重要的工业原料氧化钙

三、二氧化碳的用途

1. 灭火

• 1.1 原理：不燃烧、不支持燃烧、密度比空气大
  • 1.2 应用：灭火器，常用作气体灭火剂

    2. 光合作用

• 2.1 重要性：植物光合作用的原料
  • 2.2 反应方程式：CO₂ + H₂O (光照，叶绿体) = C₆H₁₂O₆ + O₂
  • 2.3 影响：维持大气中氧气和二氧化碳的平衡

    3. 工业原料

• 3.1 生产碳酸钠
  • 3.2 生产尿素
  • 3.3 生产碳酸饮料

    4. 其他用途

• 4.1 干冰：致冷剂，用于食品保鲜、人工降雨
  • 4.2 温室效应：导致全球气候变暖
  • 4.3 气肥：促进植物生长
  • 4.4 焊接保护气：防止焊接时金属氧化

四、二氧化碳与环境

1. 温室效应

• 1.1 定义：大气中的二氧化碳等气体吸收地表辐射，使气温升高的现象
  • 1.2 主要原因：大量燃烧化石燃料、森林砍伐
  • 1.3 主要影响：全球气候变暖、海平面上升、极端天气增多

    2. 减缓温室效应的措施

• 2.1 减少化石燃料的使用：开发利用新能源、节约能源
  • 2.2 植树造林：增加森林覆盖率，吸收二氧化碳
  • 2.3 保护森林：防止森林砍伐，维护生态平衡
  • 2.4 碳捕获与封存技术：将二氧化碳从工业废气中分离出来并储存

五、二氧化碳的检测与检验

1. 检测

• 1.1 氧气含量低检测：使用气体传感器，测量二氧化碳浓度。

  2. 检验

• 2.1 方法：将气体通入澄清石灰水
  • 2.2 现象：石灰水变浑浊
  • 2.3 原理：CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O
  • 2.4 注意事项：排除其他酸性气体干扰

六、二氧化碳的循环

1. 自然循环

• 1.1 光合作用：植物吸收二氧化碳
  • 1.2 呼吸作用：动植物释放二氧化碳
  • 1.3 自然分解：有机物分解产生二氧化碳
  • 1.4 地球内部：火山爆发释放二氧化碳

    2. 人为循环

• 2.1 燃烧化石燃料：释放二氧化碳
  • 2.2 工业生产：排放二氧化碳
  • 2.3 植树造林：吸收二氧化碳
  • 2.4 碳捕获与封存：减少大气中二氧化碳含量

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