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碳酸（二元弱酸）

次浏览 | 更新时间：2023-05-22

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碳酸

二元弱酸

碳酸（carbonic acid）是唯一的无机碳酸，古称空气酸或空中酸，化学式为H₂CO₃，它有时也是水中二氧化碳溶液的名称，其中含有少量的H₂CO₃。碳酸的盐称为碳酸氢盐（或碳酸氢盐）和碳酸盐。它仅以盐（碳酸盐）、酸盐（碳酸氢盐）、胺（氨基甲酸）和酰氯（羰酰氯）的形式存在。其饱和水溶液pH约为5.6，密度为1.67，熔点为86.6℃，其水溶液显酸性可以使指示剂变色（可以使石蕊溶液变红色），碳酸具有一定腐蚀性，易分解，受热会在水的催化下分解，释放大量气泡，形成二氧化碳和水，因为其为酸性化合物，故可以与碱性物质发生酸碱中和反应生成盐和水。碳酸多应用于碳酸饮料、化工、环境保护等方面。

基本信息

中文名

碳酸

英文名

carbonic acid

化学式

H₂CO₃

相对分子质量

62.03

CAS编号

463-79-6

外观

固体

熔点

86.6℃

密度

1.67

水溶性

溶于水

溶解度

12.8mg/mL（冷水）

沸点

241℃

EINECS号

215-138-9

生理作用

碳酸是在大肠杆菌（菌株K12，MG1655）中发现的代谢物，其具有多种生物特性。碳酸可以参与磷酸核糖氨基咪唑羧化酶活性过程，也可以参与谷氨酰胺分解代谢过程。人体血液中也含有碳酸，通常碳酸的正常生理浓度在1.08-1.32mM范围内。但是，如果碳酸的浓度升高到3.45mM以上，则可能导致呼吸性酸中毒。

利用鲤鱼进行实验分析，表明外源性碳酸与鱼类生物体之间存在代谢相互关系。溶解在水中的碳酸浓度的增加会导致其在鲤鱼血浆中的浓度升高，同时使得HCO₃⁻在血液中积累。这表明水中溶解的碳酸水平对其在血液中的浓度的依赖性决定了水体气体状态与鲤鱼生长发育指标之间相互关系的代谢特征。

理化性质

物理性质

纯的碳酸分子的酸性要比一元酸甲酸要高，但因为纯的碳酸分子在自然条件下是不可能存在的，碳酸一般仅以碳酸水溶液的形式存在，碳酸水溶液为二氧化碳、水和碳酸分子的混合物，碳酸分子相较于二氧化碳来说较少，所以碳酸水溶液所形成的酸性相对较低，其饱和水溶液pH约为5.6，密度为1.67，熔点为86.6℃，沸点为241℃。

化学性质

碳酸水溶液显酸性所以其能够使酸性指示剂变色（即可以使石蕊溶液变红色）。雨水也是因为在空气中融进了二氧化碳，形成碳酸，所以呈酸性。

分解反应

碳酸为二元弱酸，具有一定腐蚀性，易分解，受热会在水的催化下分解，释放大量气泡，形成二氧化碳和水，

电离反应

碳酸也可发生电离反应，其电离平衡反应有两步，反应方程式为：

Ka1=4.45×10⁻⁷mol/L；pKa1=6.38(25°C)，

Ka₂=4.69×10⁻¹¹mol/L；pKa₂=10.25(25°C)

酸碱中和反应

碳酸因为为酸性化合物，故易与碱性物质发生酸碱中和反应生成盐和水。

制备及检测方法

制备方法

二氧化碳的水合反应

常见的制备碳酸的方法，可将酸性气体二氧化碳通入水中形成碳酸水溶液，此反应可逆，并且碳酸分子形成较少，溶液显弱酸性，反应方程式如下：

强酸制弱酸

在实验室条件下，因为碳酸为弱酸，所以可以使用强酸或中强酸制弱酸的反应来制备。例：可以使用稀盐酸与碳酸钙反应生成碳酸。反应的化学方程式可以表示如下：

检测方法

沉淀检测法

向溶液中缓慢加入氯化钡溶液，可以观察到溶液中有白色沉淀产生；再向溶液中加入稀盐酸，可以发现溶液中的沉淀逐渐溶解，并且产生一种无色无味的气体，将该气体通入澄清石灰水中可以观察到澄清石灰水变浑浊，证明溶液气体为二氧化碳，这便可以证明溶液中含有碳酸。

气泡检测法

取适量水溶液置于石蕊试纸，试纸变为红色，证明溶液为酸性，含有氢离子，然后向溶液中加入盐酸，可以看到水溶液中有无色无味的气泡生成，将该气体通入澄清石灰水中可以观察到澄清石灰水变浑浊，证明溶液气体为二氧化碳，可以证明其中有碳酸存在。

应用领域

碳酸饮料

饮用碳酸饮料会使人感觉到凉爽，这便是其中的碳酸起到的作用，当碳酸饮料被饮用时，碳酸会变成二氧化碳和水进入人体内，二氧化碳在进入人体后会由鼻腔排出从而将人体内的热量排出。

虽然碳酸饮料会让人感觉凉爽，但过量的饮用碳酸饮料同样不利于身体健康，过量饮用的话会对人体得消化功能造成伤害，二氧化碳对人体中特别是胃部的有益菌也会产生一定的抑制作用，会导致人体腹胀、食欲下降，严重还可以造成肠胃功能的失调。

环境保护

焚烧飞灰处理

垃圾焚烧会产生大量灰尘及重金属有毒物质，垃圾焚烧处理量也逐年升高，但可以通过对垃圾焚烧飞灰的碳酸化处理，来减轻对环境的二次污染，防止其对环境的进一步污染。

钢渣再回收

要想实现钢铁工业的可持续发展，首先便需要对于工业生产过程所产生的一系列副产品和铁渣等废弃物进行再处理和再循环，实现在重工业生产中废料的“零”排放。而碳酸化处理是对钢渣回收利用的有效方式之一，可以对钢渣通入二氧化碳气体使钢渣中的氧化钙进行碳酸化，从而转变为碳酸钙，这样可以大大减少因为钢渣中氧化钙水化而导致的钢渣不稳定性的因素，使得钢渣可以得到更好的利用。

合成碳酸盐

研究发现可以通过碳酸化的方式来获得方解石即碳酸钙，方解石具有多方面的应用，一些具有特殊形态的方解石可以应用在橡胶、纸张、油漆等方面，但对于这种形态的方解石通过常规方法较难获取，通过对氢氧化钙溶液中通入二氧化碳和氮气的混合气体，使氢氧化钙溶液发生碳酸化，通过控制二氧化碳的比例来控制最后形成方解石的形态。

安全及注意事项

使用和保存

碳酸是一种弱酸，不能在常温条件下存在，所以存在形式主要为碳酸的水溶液，一般情况下不会保存，使用时现配现用，并且不能剧烈摇晃，以防溶液爆出，若要保存碳酸的水溶液，应保存在高压、低温环境中，否则很容易分解；如果是纯碳酸（碳酸晶体），保存要求更加严苛，必须保存在低温且绝对无水的环境中，否则会剧烈分解。

危害

地下水往往被称为“硬水”是因为其中含有碳酸氢钙，而碳酸氢钙的形成与碳酸具有一定的关系，当空气中的二氧化碳与雨水或污水混合流入地下后，其往往与地下岩石层中的石灰石（碳酸钙）发生反应，二者生成的物质即是“硬水”中的组成部分——碳酸氢钙。

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