中學(xué)化學(xué)中二氧化碳溶于水的問(wèn)題

摘要：根據(jù)二氧化碳溶解于水的有關(guān)相平衡計(jì)算和電離平衡計(jì)算結(jié)果以及CO2在滯流水里的擴(kuò)散系數(shù)，分析了二氧化碳排水集氣過(guò)程，結(jié)果確定二氧化碳排水集氣法可行優(yōu)越。雨水里的二氧化碳源自于降雨之前大氣中的二氧化碳溶解于云中由水蒸氣所凝聚形成的微小水滴（云滴）里。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；排水集氣法；雨水

文章編號(hào)：1005–6629（2014）9–0093–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 二氧化碳排水集氣法可行優(yōu)越

最近版本的初中化學(xué)課本[1]仍指出，根據(jù)二氧化碳溶解于水生成碳酸的性質(zhì)，不采用排水集氣法而采用向上排空氣法收集二氧化碳?xì)怏w。在試卷里也常有此類內(nèi)容的試題。實(shí)際上，排水集氣法可行且優(yōu)于后者。

1.1 二氧化碳溶于水的過(guò)程

二氧化碳溶于水不是化學(xué)吸收過(guò)程，在常溫常壓下，它是一個(gè)服從亨利定律的可逆物理吸收過(guò)程。它包含二氧化碳的溶解、碳酸的生成和電離等過(guò)程（這里忽略碳酸的二級(jí)電離）的串聯(lián)：

根據(jù)雙膜理論，氣、液體在流動(dòng)中互相接觸時(shí)，即使氣相（二氧化碳）和液相（水）的主體為湍流狀態(tài)，氣液相界面兩側(cè)存在著氣體滯流層（氣膜）和液體滯流層（液膜），對(duì)于溶解度較小的二氧化碳而言，從氣相主體到液相主體的吸收過(guò)程的總阻力主要由液膜阻力構(gòu)成。這是因?yàn)镃O2在滯流或靜止的液（水）膜里的運(yùn)動(dòng)以分子擴(kuò)散為主，而根據(jù)計(jì)算[3]，CO2在水里的擴(kuò)散系數(shù)很小，其數(shù)量級(jí)為10-5 cm2·s-1（在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)量級(jí)為10-1 cm2·s-1），擴(kuò)散阻力很大。

在排水集氣的操作中，二氧化碳?xì)怏w在集氣瓶的水里鼓泡向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，被排擠的水下降速度很小，水的主體也屬滯流狀態(tài)，即使氣泡里的二氧化碳能迅速溶入相界面（氣泡球體表面），并達(dá)到氣液平衡，但CO2通過(guò)液膜和進(jìn)而向水里擴(kuò)散的阻力都很大，擴(kuò)散速率很小。同理，集氣瓶里水平面上方的二氧化碳往下向水里的擴(kuò)散速率也很小。在數(shù)秒的集氣操作過(guò)程中，二氧化碳幾乎來(lái)不及被水吸收。該法簡(jiǎn)便可行。而且，集氣完成時(shí)直觀可見，無(wú)需其他檢驗(yàn)方法，優(yōu)于排空氣集氣法。

2 雨水里的二氧化碳問(wèn)題

2.1 雨水里二氧化碳的由來(lái)

高中化學(xué)課本[4]提出：正常雨水偏酸性，pH約為5.6，這是因?yàn)榇髿庵械亩趸既苡谟晁木壒剩嵊晔侵竝H小于5.6的降水。實(shí)際上，大氣中的二氧化碳含量很小，只有0.03%（體積），二氧化碳的分壓很小，它并不容易溶于降落中的雨水。對(duì)此，正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)是：因?yàn)樵诮涤曛埃髿庵械亩趸既苡谠浦杏伤魵馑坌纬傻木哂袠O大比表面積的微小水滴（云滴）里（后來(lái)這種微小水滴的大量聚集形成降雨）。

降雨以前，空中的水蒸氣遇冷空氣凝聚成微小水滴（云滴），其粒徑的數(shù)量級(jí)為101μm[5]，這微小水滴在空中聚集成云流動(dòng)。大氣中的二氧化碳較易溶于云里微小水滴，其因：第一，它們具有極大的比表面積[單位體積（4πR3/3）水滴的表面積（4πR2）]為3/R，取直徑50μm即0.05mm計(jì)算，其比表面積為120 mm2·mm-3或1200 cm2·cm-3，亦即，每克水具有1200平方厘米的表面積，與空氣的接觸面極大；第二，降雨以前，浮云在空中的流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，微小水滴（云滴）與空氣有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間。

2.2 酸雨pH的背景值

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012：114，116.

[2][3][8]鄭萍，陳明元.相平衡與CO2在水中的擴(kuò)散速率[J].貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，15（2）：70.

[4][6]人民教育出版社化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1 [M].北京：人民教育出版社，2007：73.

[5]楊軍等編著.云降水物理學(xué)[M].北京：氣象出版社，2011：2.

[7][9]上海師范大學(xué)，福建師范大學(xué).化工基礎(chǔ)（上冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，2000：273.

摘要：根據(jù)二氧化碳溶解于水的有關(guān)相平衡計(jì)算和電離平衡計(jì)算結(jié)果以及CO2在滯流水里的擴(kuò)散系數(shù)，分析了二氧化碳排水集氣過(guò)程，結(jié)果確定二氧化碳排水集氣法可行優(yōu)越。雨水里的二氧化碳源自于降雨之前大氣中的二氧化碳溶解于云中由水蒸氣所凝聚形成的微小水滴（云滴）里。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；排水集氣法；雨水

文章編號(hào)：1005–6629（2014）9–0093–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 二氧化碳排水集氣法可行優(yōu)越

最近版本的初中化學(xué)課本[1]仍指出，根據(jù)二氧化碳溶解于水生成碳酸的性質(zhì)，不采用排水集氣法而采用向上排空氣法收集二氧化碳?xì)怏w。在試卷里也常有此類內(nèi)容的試題。實(shí)際上，排水集氣法可行且優(yōu)于后者。

1.1 二氧化碳溶于水的過(guò)程

二氧化碳溶于水不是化學(xué)吸收過(guò)程，在常溫常壓下，它是一個(gè)服從亨利定律的可逆物理吸收過(guò)程。它包含二氧化碳的溶解、碳酸的生成和電離等過(guò)程（這里忽略碳酸的二級(jí)電離）的串聯(lián)：

根據(jù)雙膜理論，氣、液體在流動(dòng)中互相接觸時(shí)，即使氣相（二氧化碳）和液相（水）的主體為湍流狀態(tài)，氣液相界面兩側(cè)存在著氣體滯流層（氣膜）和液體滯流層（液膜），對(duì)于溶解度較小的二氧化碳而言，從氣相主體到液相主體的吸收過(guò)程的總阻力主要由液膜阻力構(gòu)成。這是因?yàn)镃O2在滯流或靜止的液（水）膜里的運(yùn)動(dòng)以分子擴(kuò)散為主，而根據(jù)計(jì)算[3]，CO2在水里的擴(kuò)散系數(shù)很小，其數(shù)量級(jí)為10-5 cm2·s-1（在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)量級(jí)為10-1 cm2·s-1），擴(kuò)散阻力很大。

在排水集氣的操作中，二氧化碳?xì)怏w在集氣瓶的水里鼓泡向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，被排擠的水下降速度很小，水的主體也屬滯流狀態(tài)，即使氣泡里的二氧化碳能迅速溶入相界面（氣泡球體表面），并達(dá)到氣液平衡，但CO2通過(guò)液膜和進(jìn)而向水里擴(kuò)散的阻力都很大，擴(kuò)散速率很小。同理，集氣瓶里水平面上方的二氧化碳往下向水里的擴(kuò)散速率也很小。在數(shù)秒的集氣操作過(guò)程中，二氧化碳幾乎來(lái)不及被水吸收。該法簡(jiǎn)便可行。而且，集氣完成時(shí)直觀可見，無(wú)需其他檢驗(yàn)方法，優(yōu)于排空氣集氣法。

2 雨水里的二氧化碳問(wèn)題

2.1 雨水里二氧化碳的由來(lái)

高中化學(xué)課本[4]提出：正常雨水偏酸性，pH約為5.6，這是因?yàn)榇髿庵械亩趸既苡谟晁木壒剩嵊晔侵竝H小于5.6的降水。實(shí)際上，大氣中的二氧化碳含量很小，只有0.03%（體積），二氧化碳的分壓很小，它并不容易溶于降落中的雨水。對(duì)此，正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)是：因?yàn)樵诮涤曛埃髿庵械亩趸既苡谠浦杏伤魵馑坌纬傻木哂袠O大比表面積的微小水滴（云滴）里（后來(lái)這種微小水滴的大量聚集形成降雨）。

降雨以前，空中的水蒸氣遇冷空氣凝聚成微小水滴（云滴），其粒徑的數(shù)量級(jí)為101μm[5]，這微小水滴在空中聚集成云流動(dòng)。大氣中的二氧化碳較易溶于云里微小水滴，其因：第一，它們具有極大的比表面積[單位體積（4πR3/3）水滴的表面積（4πR2）]為3/R，取直徑50μm即0.05mm計(jì)算，其比表面積為120 mm2·mm-3或1200 cm2·cm-3，亦即，每克水具有1200平方厘米的表面積，與空氣的接觸面極大；第二，降雨以前，浮云在空中的流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，微小水滴（云滴）與空氣有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間。

2.2 酸雨pH的背景值

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012：114，116.

[2][3][8]鄭萍，陳明元.相平衡與CO2在水中的擴(kuò)散速率[J].貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，15（2）：70.

[4][6]人民教育出版社化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1 [M].北京：人民教育出版社，2007：73.

[5]楊軍等編著.云降水物理學(xué)[M].北京：氣象出版社，2011：2.

[7][9]上海師范大學(xué)，福建師范大學(xué).化工基礎(chǔ)（上冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，2000：273.

摘要：根據(jù)二氧化碳溶解于水的有關(guān)相平衡計(jì)算和電離平衡計(jì)算結(jié)果以及CO2在滯流水里的擴(kuò)散系數(shù)，分析了二氧化碳排水集氣過(guò)程，結(jié)果確定二氧化碳排水集氣法可行優(yōu)越。雨水里的二氧化碳源自于降雨之前大氣中的二氧化碳溶解于云中由水蒸氣所凝聚形成的微小水滴（云滴）里。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；排水集氣法；雨水

文章編號(hào)：1005–6629（2014）9–0093–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 二氧化碳排水集氣法可行優(yōu)越

最近版本的初中化學(xué)課本[1]仍指出，根據(jù)二氧化碳溶解于水生成碳酸的性質(zhì)，不采用排水集氣法而采用向上排空氣法收集二氧化碳?xì)怏w。在試卷里也常有此類內(nèi)容的試題。實(shí)際上，排水集氣法可行且優(yōu)于后者。

1.1 二氧化碳溶于水的過(guò)程

二氧化碳溶于水不是化學(xué)吸收過(guò)程，在常溫常壓下，它是一個(gè)服從亨利定律的可逆物理吸收過(guò)程。它包含二氧化碳的溶解、碳酸的生成和電離等過(guò)程（這里忽略碳酸的二級(jí)電離）的串聯(lián)：

根據(jù)雙膜理論，氣、液體在流動(dòng)中互相接觸時(shí)，即使氣相（二氧化碳）和液相（水）的主體為湍流狀態(tài)，氣液相界面兩側(cè)存在著氣體滯流層（氣膜）和液體滯流層（液膜），對(duì)于溶解度較小的二氧化碳而言，從氣相主體到液相主體的吸收過(guò)程的總阻力主要由液膜阻力構(gòu)成。這是因?yàn)镃O2在滯流或靜止的液（水）膜里的運(yùn)動(dòng)以分子擴(kuò)散為主，而根據(jù)計(jì)算[3]，CO2在水里的擴(kuò)散系數(shù)很小，其數(shù)量級(jí)為10-5 cm2·s-1（在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)量級(jí)為10-1 cm2·s-1），擴(kuò)散阻力很大。

在排水集氣的操作中，二氧化碳?xì)怏w在集氣瓶的水里鼓泡向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，被排擠的水下降速度很小，水的主體也屬滯流狀態(tài)，即使氣泡里的二氧化碳能迅速溶入相界面（氣泡球體表面），并達(dá)到氣液平衡，但CO2通過(guò)液膜和進(jìn)而向水里擴(kuò)散的阻力都很大，擴(kuò)散速率很小。同理，集氣瓶里水平面上方的二氧化碳往下向水里的擴(kuò)散速率也很小。在數(shù)秒的集氣操作過(guò)程中，二氧化碳幾乎來(lái)不及被水吸收。該法簡(jiǎn)便可行。而且，集氣完成時(shí)直觀可見，無(wú)需其他檢驗(yàn)方法，優(yōu)于排空氣集氣法。

2 雨水里的二氧化碳問(wèn)題

2.1 雨水里二氧化碳的由來(lái)

高中化學(xué)課本[4]提出：正常雨水偏酸性，pH約為5.6，這是因?yàn)榇髿庵械亩趸既苡谟晁木壒剩嵊晔侵竝H小于5.6的降水。實(shí)際上，大氣中的二氧化碳含量很小，只有0.03%（體積），二氧化碳的分壓很小，它并不容易溶于降落中的雨水。對(duì)此，正確的認(rèn)識(shí)應(yīng)是：因?yàn)樵诮涤曛埃髿庵械亩趸既苡谠浦杏伤魵馑坌纬傻木哂袠O大比表面積的微小水滴（云滴）里（后來(lái)這種微小水滴的大量聚集形成降雨）。

降雨以前，空中的水蒸氣遇冷空氣凝聚成微小水滴（云滴），其粒徑的數(shù)量級(jí)為101μm[5]，這微小水滴在空中聚集成云流動(dòng)。大氣中的二氧化碳較易溶于云里微小水滴，其因：第一，它們具有極大的比表面積[單位體積（4πR3/3）水滴的表面積（4πR2）]為3/R，取直徑50μm即0.05mm計(jì)算，其比表面積為120 mm2·mm-3或1200 cm2·cm-3，亦即，每克水具有1200平方厘米的表面積，與空氣的接觸面極大；第二，降雨以前，浮云在空中的流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，微小水滴（云滴）與空氣有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間。

2.2 酸雨pH的背景值

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012：114，116.

[2][3][8]鄭萍，陳明元.相平衡與CO2在水中的擴(kuò)散速率[J].貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，15（2）：70.

[4][6]人民教育出版社化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1 [M].北京：人民教育出版社，2007：73.

[5]楊軍等編著.云降水物理學(xué)[M].北京：氣象出版社，2011：2.

[7][9]上海師范大學(xué)，福建師范大學(xué).化工基礎(chǔ)（上冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，2000：273.