主要方法。常用的含氧化合物为氯酸钾或高锰酸钾。用高锰酸钾制氧气的方 法简便、安全，但是原料的价格较高，利用率低，高锰酸钾分解时化合态的 氧元素没有全部转化成游离态的氧元素（即氧气）：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑①
用氯酸钾分解制氧气，如果单独加热氯酸钾，到 356℃才熔化，400℃才开始 缓慢分解放出氧气。为了加快氯酸钾的分解速度和降低分解温度，常常需要 加入二氧化锰作催化剂：当实验室用氯酸钾制氧气而没有二氧化锰时，可用少量的高锰酸钾代替。在 反应中高锰酸钾分解产物二氧化锰（见化学方程式①）可以在氯酸钾的分解 反应中（见化学方程式②）起催化剂作用。实验室制取氧气的装置如图。由 于氧气不易溶于水，可用排水法收集；由于氧气的密度大于空气，可用向上 排气法收集。验满的方法是：将带火星的木条接近集气瓶口，若木条复燃， 证明集气瓶里已充满氧气。
另外，在实验室还可用其它化学反应制取氧气，如过氧化氢分解：2H2O22H2O+O2↑ 过氧化钠（Na2O2）与水反应也可得到 O2。过氧化钠等过氧化物是市场上“氧 立得”中产生氧气的主要物质。
氧气的工业制法 工业上大规模生产氧气广泛采用液态空气分馏法。首 先使空气通过过滤器除去尘埃等固体杂质，进入压缩机压缩，再经过分子筛 净化器除去水蒸气和二氧化碳等杂质气体。在这里分子筛可使氮气、氧气等 较小分子通过，起到筛选分子的作用。然后进行冷却、降压，当温度降至
170℃左右时，空气开始部分液化进入精馏塔，根据空气中各气体的不同沸点进行分馏。液态氧的沸点比液态氮的沸点高，两者相比液氮更易气化。经多 步分馏可以得到 99%以上的纯氧，同时得到氮气和提取稀有气体的原料。这 种方法工艺复杂。如果需用纯度不高的氧气，可用分子筛吸附法分离空气， 制得氧气。特定的分子筛对氮的吸附能力比氧大，当空气通过分子筛床后， 流出的气体含氧量较高，经多次吸附可得含氧 70～80%的气体。这种方法是 常温操作，循环周期短，易于实现自动化。另外，如需高纯度氧气，可采用 电解水法生产，此法成本高，只适于小型生产。从空气中分离出的氧气，一 般是加压贮存在天蓝色的钢瓶中，以供工业、医疗或其它方面使用。
水的物理性质 纯净的水是无色、无味的透明液体。在 1 标准大气压 下，水的凝固点（熔点）为 0.00℃，沸点为 100.00℃。水的密度比较特殊， 在 0℃～4℃之间随着温度的升高密度不是减小而是增大，0℃时为 0.999841 克/厘米 3，到 4℃时达到最大值为 1.000000 克/厘米 3，4℃以后和一般物质 一样随温度升高而逐渐减小（20℃为 0.998203克/厘米 3；100℃时为0.958354
克/厘米 3）。水的这一性质使其广泛用于住宅的采暖，散热后的冷水密度大， 可以对热源处的热水形成压力，形成自动循环。0℃冰的密度为 0.91671 克/ 厘米 3，比同温度水的密度还小，因而水结冰时体积膨胀，这种膨胀力很大， 可以冻裂水管和汽车发动机水箱，这就是冬天的夜晚汽车要放掉冷却水的原 因。在河水或湖水中，结成的冰浮在水面上，可使冰下的水温处于比较稳定 状态，保证了水中生物的生存。水的这种密度特性是水分子的排列结构造成 的。冰的结构中，每个水分子皆以四面体顶角的方向被另外四个水分子所包 围，形成一种很不紧凑的架状结构，因此冰的密度较小。冰熔化时，这种结 构被拆散，水分子趋于密集，使水的密度增大。4℃后，随温度的升高，水分 子振动加剧，水分子间距离增大，水的密度变小。水的这些性质是使用高纯 水测定的，天然水中或多或少地含有某些杂质，其性质和高纯水比较会略有 差异。
水的组成 水是由氢元素和氧元素组成的，这一结论可由电解水的实验 证明。用铂电极在水中（为了增强导电性可加入少量稀硫酸）通入直流电， 用试管以排水法收集两电极产生的气体，可见与电源负极相连的试管内气体 体积大，与电源正极相连的试管内气体体积小。其体积比约为 2∶1。体积较 大的气体能燃烧，是氢气；体积较小的气体可使带火星的木条复燃，是氧气。 根据电解水得到的氢气、氧气体积比为 2∶1 的实验事实，可推导出水的化学 式，推导过程如下：
体积比： 2 ∶ 1
质量比：2×0.09 克/升 1×1.429 克/升
=0.18 =1.429 化 简： 1 ∶ 8
原子个数比： 1 ∶
1
8 =2 ∶1
6
经实验测定水的式量为 18，所以水的化学式为 H2O，由此证明，每个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的。 在古代，人们一直把水看成是构成宇宙万物的基本物质原素之一，虽然人类为了生存很早就对河水、雨水等进行了观察研究，但一直到 1783 年英国化学家卡文迪许把氢气和氧气放在一玻璃球里，通电合成了水，才推翻了水 是化学元素的说法。
水和人类的关系 水对人类的生存和人类社会发展具有重要的意义。水是生命产生、存在、发展繁殖的基本前提。地球上现有约 13.9 亿立方公里的 水，以液态、固态和气态分布于地面、地下和大气中，其中地面水形成了河 流、湖泊、沼泽、海洋、冰川、积雪等水体。人体中含水量平均占人体重的60%以上，某些蔬菜的含量达 90%以上。水是生物体维持新陈代谢的一种介 质。
水是一种宝贵的自然资源。农业上灌溉田地，保证人类食物的来源；工 业生产上作为原料用水，产品处理用水，加热和冷却用水，洗涤用水等，具 有多方面用途。水运是现代世界主要的运输形式之一。水力发电使人类得到 大量的能源；从河、湖、海洋中还可以获取大量的动植物和提取重要的矿物 原料。当然，洪水泛滥也会对人们生活生产造成严重危害。
随着世界经济的发展和人口的增长，水资源已日趋短缺。虽然地球上的 总水量很大，但是淡水资源却不充足。便于取用的淡水仅占地球总水量的 0.2
%左右，而且分布不均匀。因此水短缺可能会造成深刻的社会危机。长期以 来人类兴建了大量的水利工程，加强对水的开发利用，防治水害，充分发挥 水资源的综合效益。同时，水的污染和防治问题，也日益受到世界各国的重 视。
水的污染 天然水包括河流、湖泊、海洋和地下水，这些水通常是不纯 净的。来源不同的水其感官状态、化学成分、物理化学性能及水中生物组成 也都不同。这些不属于水的污染。人类活动排放的污染物使水的物理、化学 性质或生物组成发生变化，降低了水的使用价值，这种现象称为水的污染。 例如：①生活污水、饲养场污水、医院污水常含有各种病原体，造成的水污 染可引起痢疾、伤寒、霍乱、肝炎、血吸虫等多种疾病。②生活污水、食品 加工和造纸等工业废水中含有可被微生物分解的有机物质，分解过程中消耗 氧气，造成水中溶解的氧减少，影响鱼类和水生生物生长；水中溶解氧耗尽 后，还会产生硫化氢等有毒气体。③某些工业废水中含有较多的氮、磷等植 物所需的营养物质，排入湖泊、河口等水流缓慢的水里，会引起藻类和浮游 生物迅速繁殖，使水中溶解氧下降，水质恶化，使鱼类和其它生物大量死亡。
④化工厂、电镀厂等排放的废水中常含有铬、汞、铅、镉、砷、氰化物、酚类及苯类化合物和一些酸、碱、盐等化学污染物，在日本水污染引起的有机 汞中毒和镉中毒，曾造成震惊世界的“水俣病”（1）和“骨痛病”。苯和酚 类化合物还有致癌作用。⑤石油及其制品对海洋的污染已成为世界性的严重 问题，飘浮在水面上的油膜，隔绝了大气与海水的气液交换，导致海水缺氧， 影响海洋绿色植物的光合作用；石油沾污在海洋动物皮毛和海鸟羽毛上，使 其丧失活动能力；石油粘附在鱼鳃上，可使鱼窒息死亡。
防治水污染 水是与人类息息相关的宝贵资源，防治水污染已成为人们日益关心的重大问题。在防治水污染方面应注意：①加强水资源的管理我国1984 年和 1988 年分别颁布了《水污染防治法》和《中华人民共和国水法》， 使我国在开发利用水资源和防治水污染方面走上了以法治水的新阶段。②提 高水的利用率工业用水中一般冷却用水占 70%以上，有的炼油厂冷却用水占90%以上，将这部分水和污水分开，循环使用，将大大减少水的污染，便于净化处理。③减少和限制有毒废水的排放工业要改革工艺，开展综合利用。 废水的排放量和排放浓度要符合规定的标准。④加强污水的净化处理污水净 化是把废水中的有毒、有害的物质分离出去，或者将其转化为无毒、无害物 质。根据所贪污染物种类的不同，污水的净化方法有物理处理法、化学处理 法和生物处理法，实际工作中这几种方法常常综合使用。根据处理后水质的 情况，可用于农田灌溉，工业冷却用水和洗涤用水等。
氢气的物理性质 在通常情况下，氢气是一种无色、无臭、无味的气体， 熔点-259.14℃，沸点-252.8℃。在标准状况下（0℃，大气压强为 1.013×
105 帕），气体的密度为 0.0899 克/升，跟同体积的空气相比，约为空气质量 的 1/14，是最轻的气体。难溶于水，0℃、氢气压强为 1.013×105 帕时，1 体积水中能溶解 0.0214 体积的氢气。在大气压强为 1.013×105 帕，温度为-252.8℃时，氢气变成无色液体。在-259.14℃时，能变为雪状固体。液态氢 通常称为“液氢”，有超导性质。
氢气的化学性质 在常温下，氢气的化学性质是稳定的。在点燃或加热的条件下，氢气很容易和多种物质发生化学反应。纯净的氢气在点燃时，可 安静燃烧，发出淡蓝色火焰，放出热量，有水生成。若在火焰上罩一干冷的 烧杯，可在烧杯壁上见到水珠。
2H2+O22H2O
把点燃氢气的导管伸入盛满氯气的集气瓶中，氢气继续燃烧，发出苍白色火 焰，放出热量，生成无色有刺激性气味的气体。该气体遇空气中的水蒸气呈 雾状，溶于水得盐酸。
H2+Cl2 2HCl
氢气不但能在氧气里燃烧，而且也能在氯气里燃烧，可见氢气具有可燃性。 注意，在点燃氢气之前，一定要先检验氢气的纯度，因为不纯的氢气点燃时 可能发生爆炸。实验测定，氢气中混入空气，在体积百分比为 H2：空气=74.2：25.8～4：96 的范围内，点燃时都会发生爆炸①。氢气不但能跟氧单质反应， 也能跟某些化合物里的氧发生反应。例如：将氢气通过灼热的氧化铜，可得 到红色的金属铜，同时有水生成。
H2+CuOCu+H2O
在这个反应里，氢气夺取了氧化铜中的氧，生成了水；氧化铜失去了氧，被 还原成红色的铜，证明，氢气具有还原性，是很好的还原剂，氢气还可以还 原其它一些金属氧化物，如三氧化钨（WO3）、；四氧化三铁（Fe3O4）、氧 化铅（PbO）、氧化锌（ZnO）等。
氢气的用途 氢气是最轻的气体，最常见的用途是充填氢气球和氢气飞 艇。其实氢气还是重要的化工原料。如：氢气和氮气在高温、高压、催化剂 存在下可直接合成氨气，目前，全世界生产的氢气约有 2/3 用于合成氨工业。 在石油工业上许多工艺过程需用氢气，如加氢裂化、加氢精制、加氢脱硫、 催化加氢等。氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，用水吸收得到重要的化工原料——盐酸。氢气在氧气中燃烧的火焰——氢氧焰可达 3000℃高温，可用于熔融和切割金属。氢气和一氧化碳的合成气，净化后经加压和催化可以合成甲 醇。在食品工业上，氢气用于动植物油脂的硬化，制人造奶油和脆化奶油等。 在冶金工业中，利用氢气的还原性提炼贵重金属。氢气还可以提供防止氧化 的还原气氛。随着新技术的发展，氢气的应用将更为广泛和重要。氢气是最 理想的无污染燃料，液氢还有希望成为动力火箭的推进剂。
氢气的实验室制法 很多活泼金属可置换出酸中的氢，生成氢气。实验室就是利用这一原理来制取氢气的。所谓活泼金属是指在金属活动性顺序表 中（参看金属活动性顺序）排在氢以前的金属，如 Mg、Al、Zn、Fe 等；酸指 的是稀盐酸和稀硫酸。实验室最常用的是锌粒与盐酸或稀硫酸反应制取氢 气。
Zn+2HCl（稀）=ZnCl2+H2↑
Zn+H2SO4（稀）=ZnSO4+H2↑
这种方法反应速度适中，操作简便。欲制备纯净的氢气，一般选用锌跟稀硫 酸反应，因为盐酸有挥发性，生成的氢气易混入氯化氢气体而不纯净。制取 少量氢气时可采用简易的气体发生装置（见图）。由于氢气难溶于水和密度 小，可用排水法收集，也可用向下排气法收集。实验室需制取较大量氢气时， 可使用启普发生器（参看启普发生器）。
氢气的工业制法 氢气是一种重要的工业气体。工业上制取氢气，依据 原料、设备和成本情况，以及对氢气纯度的要求，可分别采取以下多种方法 制取。①电解法将直流电通过铂电极（或其它惰性材料）通入水中，在负极 可以得到氢气，纯度高达 99.5～99.8%：氯碱工业电解饱和食盐水制氯气和烧碱时，也同时得到副产品氢气：②水煤气转化法 将水蒸气通过炽热的焦碳层制得水煤气： 然后将水煤气跟水蒸气混合，以氧化铁为催化剂，使水煤气中的 CO 转化为CO2：
二氧化碳溶于水，通过加压水洗即得到较纯净的氢气。③烃类裂解法 碳氢 化合物经过高温裂解，裂解气中含有大量氢气，经过低温冷冻系统，可得到90%的氢气。如甲烷裂解：
④烃类蒸气转化法碳氢化合物在高温和催化剂的作用下与水蒸气作用，可以 得到主要含氢气和一氧化碳的一种混合气体，例如：用分子筛吸附法或水煤气转化法除去 CO，可得到纯净的氢气。天然气、油田 气和炼厂气（石油炼制厂的副产气体）等都可用烃类裂解法和烃类蒸气转化 法得到氢气。
氢能源 一种正在研究中的新能源。能源是人类社会活动的源泉。以石 油和煤为主的现代能源系统，由于资源的分布过于集中和日趋枯竭，正在发 生深刻的能源危机。目前，世界各国都在大力探索新的能源，如太阳能、潮 汐能、地热能、核能等。为使这些新能源有效、方便地得到利用，还要有与 之相适应的二次能源。氢能源就是一种理想的二次能源，它有许多优点：① 氢燃烧的发热量高，每千克氢气燃烧可产生约 143000 千焦的热量，大约是相 同质量汽油燃烧热的 3 倍。燃烧温度区域宽，适应于多种用途。②燃烧产物 是水，无毒，不污染环境，而且是自然循环，不破坏资源，是一种清洁的燃 料。③制取氢气的原料是水，资源丰富，燃烧后又生成水，自然循环快。④可做太阳能、电能、核能的蓄存介质。⑤用途广泛，液氢可以作为发射火箭 的燃料，用氢作燃料的汽车、飞机也在试运行。目前用氢作燃料主要问题是 成本太高和氢气本身的储存。将来有可能通过核能和太阳能等直接（或间接） 分解水来制取氢气，储氢合金（能吸附氢气的金属或合金）已得到开发利用。
启普发生器的构造和原理 启普发生器是实验室常用的一种制备气体 的装置，以荷兰人 P.J.启普的姓命名。启普发生器由葫芦状球形容器 1、球 形漏斗 2 和导气管 3 三部分组成（见图）。它可以使反应随时发生和停止， 可以控制气流速度，使用方便。它是常温下利用块状固体跟液体起反应制取 气体的典型装置。如制备氢气、二氧化碳、硫化氢等气体都可使用启普发生 器。但固体成粉末状、固体与液体相遇而溶解、或能产生高温的反应均不能 用此装置。启普发生器是利用容器内气体压力的变化进行工作的。使用前， 从球形容器上部的导管口加入块状固体，停留在容器中部，液体从球形漏斗 加入，停留在球形容器下部和球形漏斗中（见图Ⅱ关闭活塞时情形）。使用 时，打开活塞，容器内压强降低，酸液从球形漏斗流下，液体与固体接触（见 图Ⅰ扭开活塞时情形），发生反应，产生的气体从导管排出。关闭活塞，中 止反应，容器内产生的气体压力增大，将液体压回球形漏斗，使液体与固体 脱离接触，反应即自行停止。使用启普发生器的操作方法及注意事项参看启 普发生器的使用。
石墨 灰黑色不透明晶体，有金属光泽，密度为 2.25 克/厘米 3，3850
℃升华。质软，莫氏硬度 1.5；有润滑性，手摸有滑腻感；有良好的导电、 导热性。石墨化学性质不活泼，在空气中加热到 690℃时生成 CO2。常温时与化学试剂不反应，加热时能被浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、高锰酸钾等强氧化 剂氧化（生成石墨酸）。石墨有很多重要用途：石墨粉可制作黑色颜料和耐 高温的固体润滑剂，和粘土按一定比例混合可制成不同硬度的铅笔芯；根据 其导电性和耐高温性，还大量用于制造电极、电刷、坩埚、高温炉发热体、 密封圈、冶金模具等；石墨还用于原子反应堆的慢化剂和反射层材料；以一 定方法制成的纤维状石墨叫碳纤维，强度极大，可用于飞机、火箭、导弹和 人造卫星的零部件。金刚石和石墨同是碳的同素异形体，由于石墨晶体中， 碳原子以六角形环状平面形成层状结构，使得其物理性质和金刚石有极大的 差别。
金刚石 无色透明的晶体；熔点 4000℃（63 大气压下）；密度为 3.51 克/厘米 3；对光折射率高，透明度好，对光的色散作用特别强，经过琢磨后 可制成极高贵的装饰品——钻石。金刚石是自然界中硬度最大的物质，硬度 为 10000 千克力/毫米 2，在莫氏硬度标度法中规定硬度最大的金刚石为 10。 含有杂质的金刚石为棕黑色，主要用于制造钻头，做切割金属或玻璃的工具。
天然金刚石很难得到，工业上使用的金刚石大多是人造的。将石墨加热到2000℃，在 1×106 千帕压强下，可以得到人造金刚石的微小晶体。金刚石晶 体中，每个碳原子最外层的 4 个电子以四面体的顶角方向直接与另外的 4 个 碳原子以共用电子对的方式结合，晶体内没有自由电子。金刚石不导电，在 室温下与所有的化学试剂都不反应，但在空气或氧气中加热到 780℃左右会 燃烧生成二氧化碳。在隔绝空气的条件下加热到 1000℃会转变成石墨。
无定形碳 指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳 在 10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。煤炭是天然存在的无定形碳， 其中含有一些由碳、氢、氮等组成的化合物。所谓无定形碳，并不是指这些 物质存在的形状，而是指其内部结构。实际上它们的内部结构并不是真正的 无定形体，而是具有和石墨一样结构的晶体，只是由碳原子六角形环状平面 形成的层状结构零乱而不规则，晶体形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量 杂质。现将上述几种无定形碳的主要制法和用途列表如下：名称 制备原料 制备条件 用途
木炭 木材、坚果壳 隔绝空气干馏 燃料、制黑火药、吸附剂 焦炭 煤 隔绝空气干馏 燃 料、冶 金还原 剂、生 产水煤气
骨炭 脱脂骨头 隔绝空气碳化 脱色剂、止泻解毒剂 糖炭 糖 隔绝空气热分解 吸附剂活性炭 木炭、坚果壳 和水蒸气或金属盐 加热
吸 附脱色 、净化 剂、制 防 毒面具
炭黑 气态碳氢化合物 不完全燃烧 制油墨、墨汁、橡胶填料碳的化学性质 金刚石和石墨是同素异形体，具有相似的化学性质。在 常温下，碳的化学性质比较稳定，受日光照射或跟空气、水分接触都不起变 化，也不跟一般的氧化剂发生化学反应。在埋木桩之前，把埋入地下的一段 表面用火微微烧焦，还可以延缓腐烂。碳在氧气或空气里充分燃烧时生成二 氧化碳；氧气不足、燃烧不充分时生成一氧化碳，同时放出大量的热：C+O2CO2
C+O2（不足）2CO 碳在高温时可以和硫、氟等非金属化合：C+2SCS2
C+2F2CF4
碳有还原性，在较高温度下能夺取某些含氧化合物里的氧：C+2CuO2Cu+CO2
3C+2Fe2O34Fe+3CO2
C+H2OCO+H2
C+CO22CO 碳还可以和某些金属和非金属单质及它们的氧化物在 2000℃的高温下反应生成各种碳化物。如：碳化钙（CaC2）、碳化硅（SiC）、碳化钨（WC）等。 CaC2 是生产乙炔的原料；SiC 俗称金刚砂，是常用的磨料；WC 耐高温、高硬 度，用于作高速切削材料和特殊结构材料。
二氧化碳的物理性质 在通常状况下是一种无色、无臭、无味的气体。 能溶于水，溶解度为 0.1449 克/100 克水（25℃）。在 20℃时，将二氧化碳 加压到 5.9×106 帕即可变成无色液体，常压缩在钢瓶中贮存。在-56.6℃、5.27×105 帕时变为固体。液态二氧化碳减压迅速蒸发时，一部分气化吸热， 另一部分骤冷变成雪状固体。将雪状固体压缩，成为冰状固体，俗称“干冰”。 “干冰”在 1.01×105 帕、-78.5℃时可直接升华变成气体。二氧化碳比空气 重，在标准状况下密度为 1.977 克/升，约是空气的 1.5 倍。二氧化碳无毒， 但不能供给动物呼吸，是一种窒息性气体。在空气中通常含量为 0.03%（体 积），若含量达到 10%时，就会使人呼吸逐渐停止，最后窒息死亡。枯井、 地窖、地洞底部一般二氧化碳的浓度较高，所以在进入之前，应先用灯火试 验，如灯火熄灭或燃烧减弱，就不能贸然进入，以免发生危险。
二氧化碳的化学性质 二氧化碳表现的化学性质非常常见。CO2 能溶于水并与水反应生成碳酸，使紫色石蕊试液变成红色： CO2+H2O=H2CO3
H2CO3 又是一种不稳定的酸，易分解重新释放出 CO2
H2CO3=CO2↑+H2O
CO2 为酸性氧化物，易与碱性氧化物反应生成相应的碳酸盐：
CO2+Na2O=Na2CO3
CO2 与碱反应生成相应的碳酸盐和水：
CO2+Ba(OH)2=BaCO3↓+H2O
CO2 可使澄清的石灰水变浑浊，此反应常用于检验 CO2 的存在：
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
CO2 与碱作用还可能生成酸式碳酸盐：
2CO2（过量）+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2
CO2+NH3+H2O=NH4HCO3
CO2 中碳为+4 价，可被某些强还原剂还原，如与赤热的碳作用还原成 CO，与活泼金属作用被还原成碳：
CO2+C2CO CO2+2Mg2MgO+C
绿色植物的光合作用，把 CO2 和 H2O 合成碳水化合物：
二氧化碳的用途 一般条件下，二氧化碳不支持燃烧且比空气重，将二 氧化碳覆盖在燃着的物体表面，可使物体跟空气隔绝而停止燃烧，因此二氧 化碳可用来灭火，是常用的灭火剂（参看灭火器）。在化学工业上，二氧化 碳是一种重要的原料，大量用于生产纯碱（Na2CO3）、小苏打（NaHCO3）、 尿素[CO(NH2)2]、碳酸氢铵（NH4HCO3）、颜料铅白[Pb(OH)2·2PbCO3]等。在轻工业上，生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。在现代化仓库里 常充入二氧化碳，防止粮食虫蛀和蔬菜腐烂，延长保存期。固态的二氧化碳 即“干冰”，主要用作致冷剂，用飞机在高空喷撒“干冰”，可以使空气中 水蒸气冷凝，形成人工降雨；在实验室里，“干冰”与乙醚等易挥发液体混 合，可以提供-77℃左右的低温浴。“干冰”还可以做食品速冻保鲜剂。在农 业上，温室里直接施用二氧化碳作肥料，利用植物根部吸收二氧化碳，可以 增进植物的光合作用，促进农作物生长，增加产量。在自然界，二氧化碳保 证了绿色植物进行光合作用和海洋中浮游植物呼吸的需要。
灭火器 一般指装有灭火剂的消防器材。常用的灭火剂为二氧化碳或能 产生二氧化碳的物质。因为二氧化碳不支持燃烧，又比空气重，能够覆盖在 燃着的物体表面，隔绝空气，使火熄灭。常见的灭火器有：①泡沫灭火器灭 火器内分别装有硫酸铝溶液和碳酸氢钠溶液，使用时将灭火器倒置，两种溶 液混合发生下列化学反应：Al2(SO4)3+6NaHCO3=2Al(OH)3↓+3Na2SO4+6CO2↑
产生的大量二氧化碳气体带着泡沫喷到燃烧物表面，达到灭火的目的。泡沫 是用甘草或皂角制取的液体产生的。②干粉灭火器 灭火器内装有碳酸氢钠 固体和二氧化碳压缩气体，并有防潮剂和增润剂。使用时打开拉环，压缩气 体即可把干粉喷出，干粉盖住燃烧的火焰，并受热分解放出二氧化碳气体， 使火熄灭。
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O③
二氧化碳灭火器 直接将液态二氧化碳装入特制的钢瓶里，使用时打开 阀门，二氧化碳迅速气化喷出灭火。泡沫灭火器适用于一般物质引起的火灾； 干粉灭火器和二氧化碳灭火器适用于液体物质、电器、电石等引起的火灾。 除此之外，还有 1211 灭火剂（CF2ClBr 液化气体）等。灭火器应放在合适的 固定位置，由专人负责管理，定期检查完好情况，以防万一。灭火器一经开 启使用，必须重新更换或补充灭火剂。
二氧化碳的实验室制法 实验室里常用石灰石或大理石（主要成分 CaCO3）跟稀盐酸反应制取 CO2：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
在这个反应中，不能将 HCl 换成稀 H2SO4。因为 CaCO3 跟稀 H2SO4 反应产生 CO2
的同时生成 CaSO4，而 CaSO4 微溶于水，随着反应的进行，会在 CaCO3 的表面形成一层 CaSO4 沉淀，阻止 CaCO3 与酸的接触，使反应速度逐渐减慢，最后导致反应停止。由于制取 CO2 的反应是固液之间反应，不需加热，因此可以使用启普发生器或其它类似的简易装置（见图）。
由于 CO2 能溶于水，不能用排水法收集；CO2 比空气重，可用向上排气法收集。用燃着的火柴接近集气瓶口，如果火焰熄灭，则证明 CO2 气体已经充 满。
一氧化碳的物理性质 在通常状况下，一氧化碳是无色、无臭、无味、 有毒的气体，熔点-199℃，沸点-191.5℃。标准状况下气体密度为 1.25 克/ 升，和空气密度（标准状况下 1.293 克/升）相差很小，这也是容易发生煤气 中毒的因素之一。它为中性气体，不溶于酸或碱的溶液，难溶于水，通常情 况下 1 体积水仅能溶解约 0.023 体积的一氧化碳，25℃时溶解度为 0.0026 克/100 克水。
一氧化碳的毒性 一氧化碳俗称煤气，是一种剧毒气体，它的毒性主要 是破坏人体的输氧功能。氧气是生命活动正常进行的保证。人体吸入氧气后 是靠血液输送的，血液中的血红蛋白和氧结合，生成氧合血红蛋白随血液输 送到全身各组织细胞，供人体新陈代谢。当有一氧化碳被吸入肺内时，一氧 化碳进入血液与血红蛋白结合，生成碳氧血红蛋白，一氧化碳与血红蛋白的 结合力是氧气的 210 倍，而且结合后不易解离，即使是很少量的一氧化碳进 入血液，也能和大量的血红蛋白结合。同时，由于碳氧血红蛋白的存在，妨 碍氧合血红蛋白的合成和正常解离，使血液输氧功能不能正常发挥作用，造 成人体全身组织细胞缺氧而产生中毒现象。一氧化碳的中毒程度，主要与空 气中一氧化碳浓度和接触时间有关。空气中一氧化碳浓度达到 10ppm（1ppm=10-6）就会使人中毒；当浓度为 0.02%时，2～3 小时内出现中毒症状；浓度为 0.08%，2 小时可使人昏迷；如浓度达到 1%，人在两分钟内就可能死 亡。
煤气中毒 即一氧化碳中毒。碳和其它有机化合物燃烧不完全时都能产生一氧化碳。一氧化碳是无色无味的剧毒气体（参看一氧化碳的毒性），空 气中一旦混入一氧化碳气体，就会被人体不知不觉吸入肺里，人吸入一氧化 碳后，会发生头晕、头痛、恶心、疲劳等中毒症状，严重时危害中枢神经， 引起窒息、死亡。最常见的煤气中毒起因是用煤炉取暖。冬天天气寒冷，经 常是门窗紧闭，如果室内煤炉不安烟筒，或者烟筒被煤灰或其它异物堵塞， 使煤燃烧产生的一氧化碳扩散到房间里，都极易造成煤气中毒。随着人们生 活水平的提高，燃气热水器逐渐普及，如果燃气热水器安装在卫生间内，使 用时空气不流通，燃气热水器燃烧时产生的一氧化碳也会造成煤气中毒。汽 车排出的尾气中含有大量的一氧化碳，安装空调的汽车是靠发动机使空调器 工作的，停驶的小卧车长时间开着空调，一旦有一氧化碳进入车内，也会造 成中毒。吃火锅时，使用的木炭燃烧也会产生一氧化碳，如果房间内空气不 流通，同样会造成煤气中毒。饭后火锅放在室内，火锅内的剩余木炭不能及 时熄灭，有时更危险。上述可能造成煤气中毒的情况，都有导致死亡事故的 事例。预防煤气中毒的关键，一是防止一氧化碳泄漏在室内或其它有人员活 动的较小空间内，二是注意通风，三是克服麻痹大意思想。用煤炉取暖一定 要安装烟筒，最好还要安装风斗；燃气热水器要分室安装，注意开窗通风。 对于煤气中毒的病人，应马上抬到空气新鲜的地方，冬天要注意保暖。如果 呼吸已经停止，应立即进行人工呼吸和采取其它抢救措施。并尽快送往医院 治疗。那些备有高压氧舱的医院对救治煤气中毒的病人更为有利。
一氧化碳的化学性质 一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2，能进一 步被氧化成+4 价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性。一氧化碳能够在空 气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳：2CO+O22CO2 燃烧时发出蓝色的火焰，放出大量的热。因此一氧化碳可以作为气体燃料。 一氧化碳作为还原剂，高温时能将许多金属氧化物还原成金属单质，因此常 用于金属的冶炼。如：将黑色的氧化铜还原成红色的金属铜，将氧化锌还原 成金属锌：CO+CuOCu+CO2
CO+ZnOZn+CO2
在炼铁炉中可发生多步还原反应： CO+3Fe2O32Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO3FeO+CO2
FeO+COFe+CO2 一氧化碳还有一个重要性质：在加热和加压的条件下，它能和一些金属单质 发生反应，生成分子化合物。如 Ni(CO) （四羰基镍）①、Fe(CO) （五羰基铁）
等，这些物质都不稳定，加热时立即分解成相应的金属和一氧化碳，这是提 纯金属和制得纯一氧化碳的方法之一。
碳酸钙 化学式 CaCO3。自然界广泛存在的石灰石、大理石、方解石、冰洲石、白垩以及珍珠、珊瑚等主要成分都是碳酸钙。将二氧化碳通入石灰 水中，用可溶性碳酸盐与石灰水反应，或用可溶性碳酸盐溶液与可溶性钙盐 溶液反应，都可以得到碳酸钙的沉淀。
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl
碳酸钙是一种白色晶体或粉末状固体，难溶于水(25℃溶解度为 6.9×10-4 克/100 克水)，易溶于酸。实验室常常利用碳酸钙跟酸反应制取二氧化碳： CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O把碳酸钙加热到 825℃左右可发生分解反应，生成氧化钙和二氧化碳。工业 上就是利用这一反应将石灰石转化为生石灰（主要成分氧化钙）：CaCO3CaO+CO2↑
碳酸钙能溶于含有二氧化碳的水中，生成可溶性的碳酸氢钙： CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
石灰岩地区长期被含有二氧化碳的雨水侵蚀，就形成了溶洞。碳酸氢钙水溶 液受热或压强突然变小时，溶解的碳酸氢钙就会分解，放出二氧化碳，重新 形成碳酸钙：Ca(HCO3)2CaCO3↓+CO2↑+H2O
石灰岩溶洞里奇特的钟乳石、石笋、石柱等就是这样形成的（参看岩洞的形 成）。
石灰和石灰石的用途 石灰和石灰石大量用做建筑材料，也是许多工 业的重要原料。石灰石可直接加工成石料和烧制成生石灰。石灰有生石灰和 熟石灰。生石灰的主要成分是 CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。生石灰吸潮或加水就成为消石灰，消石灰也叫熟石灰， 它的主要成分是 Ca(OH)2。熟石灰经调配成石灰浆、石灰膏、石灰砂浆等， 用做涂装材料和砖瓦粘合剂。水泥是由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制 得。玻璃由石灰石、石英砂、纯碱等混合，经高温熔融制得。炼铁用石灰石 作熔剂，除去脉石。炼钢用生石灰做造渣材料，除去硫、磷等有害杂质。电 石（主要成分是 CaC2）是生石灰与焦炭在电炉里反应制得。纯碱是用石灰石、 食盐、氨等原料经过多步反应制得（索尔维法）。利用消石灰和纯碱反应制 成烧碱（苛化法）。利用纯净的消石灰和氯气反应制得漂白粉。利用石灰石 的化学加工制成氯化钙、硝酸钙、亚硫酸钙等重要钙盐。消石灰能除去水的 暂时硬性，用作硬水软化剂。石灰石加工制成较纯的粉状碳酸钙，用做橡胶、 塑料、纸张、牙膏、化妆品等的填充料。石灰与烧碱制成的碱石灰，用做二 氧化碳的吸收剂。生石灰用做干燥剂和消毒剂。农业上，用生石灰配制石灰 硫磺合剂、波尔多液等农药。土壤中施用熟石灰可中和土壤的酸性、改善土 壤的结构、供给植物所需的钙素。用石灰浆刷树干，可保护树木。
硬水 溶有较多钙盐和镁盐的天然水。在硬水中，钙、镁常以碳酸盐、 酸式碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐和氯化物的形式存在。如果硬水中的钙和镁主 要以酸式碳酸盐的形式存在，就称为暂时硬水，这种水经煮沸能分解成碳酸 盐沉淀而除去硬性。如果硬水中的钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物的 形式存在，则称为永久硬水，这种水不能用煮沸法除去硬性。硬水的钙盐和 镁盐能与肥皂发生化学反应，降低肥皂的去污能力。如锅炉内使用硬水，会 在锅炉内壁结成水垢，阻碍了管道传热，多消耗燃料，缩短锅炉使用寿命。 甚至会引起锅炉爆炸。通常用硬度表示硬水中的含盐量，把每升水中含相当 于 10 毫克 CaO 称为 1 度。一般地下水（如井水、泉水）硬度较大，地表水（如 河水、湖水）硬度较小。生活饮用水的硬度要求小于 25 度。许多工业部门、 科研单位常用化学药剂（如石灰、纯碱等）或离子交换剂软化硬水，把硬水 中的钙盐和镁盐降低或使之消失而变成软水。
岩洞的形成 岩洞又称溶洞或洞穴。岩洞是由于天然水流经可溶性岩石（如石灰岩、白云岩等）与它们发生化学反应而使岩石溶解所形成的地下空 间。例如，含 CaCO3 的石灰岩跟 CO2 和水反应变成 Ca(HCO3)2，使石灰岩溶解，化学方程式为：
CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
如溶有 Ca(HCO3)2 的水从溶洞顶部流下，因温度、压力的变化 Ca(HCO3)2 发生
分解反应使 CaCO3 以沉积物形式析出。化学方程式为：
Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O
开始以小突起附着在洞顶，以后逐渐向下增长具有同心圆状结构而形成钟乳 石。如从岩洞底部向上生成的 CaCO3 沉积物则形成石笋。
甲烷 分子式为 CH4。广泛存在于自然界。如地下深层的天然气、煤矿坑道里的坑气（瓦斯）、池沼底部的沼气等。甲烷是无色、无味的气体，比 空气轻，在标准状况下密度为 0.717 克/升、熔点-182℃、沸点-164℃，难溶 于水，易溶于乙醇和乙醚。甲烷是可燃性气体，完全燃烧生成二氧化碳和水， 并放出大量的热。与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限为 5.3～15.4%（体 积）。甲烷不完全燃烧生成炭黑和水：CH4+O2C+2H2O 甲烷隔绝空气加热到 1200℃能分解生成炭黑和氢气：甲烷在 1500℃的高温下部分氧化或受热分解，可以得到重要的有机合成原料——乙炔（C2H2）
甲烷在高温和催化剂存在时与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的混合物。称 为“合成气”，可以用来合成甲醇、氨等。
甲烷除作气体燃料外，还是重要的化工原料。工业上甲烷主要来源于天然气、 焦炉气、石油裂解气等。实验室用无水醋酸钠和碱石灰共热制得：天然气 蕴藏在地层深处的可燃性气体。主要成分是甲烷，根据不同的 地质条件，还含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷等，并含有二氧化碳、氮、 氢、硫化氢、氦等气体；天然气一般分三类：甲烷含量高，约占 80～90%较 难液化的一类，称为干气或贫气；甲烷含量约占 60～70%，还有较多的乙烷、 丙烷、丁烷等，较易液化的一类，称为湿气或富气；与石油共生的天然气， 主要成分是甲烷，乙烷，丙烷和丁烷，称为油田气或石油气。天然气是一种 重要的能源，主要用做城市煤气和工业燃料。天然气也是重要的化工原料， 主要用于制氮肥、甲醇、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸、炭黑等。 有时也用于提取氦气。
