CO2 吸收 - 教师笔记

CO2 吸收
教师笔记

焦点问题

主要材料

主要思想和背景资料

学生可能会对气体可溶解于水这一点感到惊讶。但是，他们在观察碳酸饮料中的二氧化碳气泡时便见证了该现象的实例。
当二氧化碳进入水中时，部分气体会溶解于水中。一小部分溶解的 CO2 与水作用生成碳酸 (H2CO3)。这种弱酸和其他酸一样可以产生氢离子。这些离子与其他物质反应可以产生典型的酸的化学行为。
本活动的主旨就是寻找 pH 值向酸性发生的转变。当水中有碳酸形成时，这种转变就会发生。饮用水的 pH 值通常为 7.0 左右。该值可能会因为当地环境不同而稍有差异。不论饮用水的最初 pH 值为多少，通过向水中吹气泡都会使 pH 值向酸性转变。
科学家发现海洋的最外层由于不断吸收大气中的二氧化碳而变得酸性更强。这也在不断改变着海洋生物的生存环境。
有时，湖泊或溪流中的地表水由于吸收大气中的二氧化碳也会变为酸性。这种水可以溶解含有碳酸盐的岩石，如石灰岩。这就是地下水形成地下溶洞的原理。
有关于 pH 值的详细信息，请参阅深入研究。
碳酸钙演示仅使溶液变成乳状，这是因为呼出的空气中只含有一小部分（大约 4%）二氧化碳。将纯二氧化碳气体导入石灰水中，会产生更强烈的反应。

步骤提示

为包心菜水提供两个容器。学生可以向一个容器的水中吹气，然后与另一个容器中的水做对比。容器不必一模一样，但是必须是透明的，以便学生可以对照其中包心菜水的颜色。
在吹气之前使用透明的塑料包装将容器盖好，以防止产生不必要的液体喷溅。
学生最好将吸管末端尽可能深地插入水中，然后再轻轻地向管中吹气。这样可以使二氧化碳气体最大程度与水接触。也可以提高溶解率。
在冒泡时学生应该握紧容器，以使其具有最大程度的稳定性并集中注意力。
碳酸酸性很弱。可能需要持续吹气几分钟才能使水的酸性明显转变。凭借同学们使用的指示剂，可能不能立即检测出增强的酸性。根据经验，我们认为在冒泡 10 分钟后，包心菜水的颜色才会略微发生变化。
如有可能，使用另一种指示剂（如 pH 值试纸）来检测进行吹气的水的酸性。

安全性考虑

讨论

我们如何知道冒泡的二氧化碳气体会使水的酸性增强？（指示剂检测出的 pH 值比基线读数小，表明 pH 值向酸性范围发生了偏移。如果水的基线 pH 读数是 7.0 （中性），吹气后 pH 值将小于 7.0，即呈酸性。如果水的基线 pH 读数是 8.0 或更大值（碱性），则吹气后其 pH 值可能不会在酸性范围内。但是可能会朝酸性范围偏移。水的初始 pH 值为 8.0，如果您吹气后 pH 值显示为 7.3，则水仍呈碱性；但 pH 值已经朝酸性范围发生了偏移。）
二氧化碳气体如何使水的酸性增强？（当二氧化碳气体进入水时，部分气体溶解在水中。一小部分溶解的 CO2 形成碳酸 H2CO3。碳酸中的氢原子和氢离子一样，可与其他物质进行化学相互作用。氢离子可以引起酸性反应。）

评估

学生是否可以描述将二氧化碳气体吹入水中后所发生的情况？（一些二氧化碳气体溶解在水中。一小部分溶解的 CO2 与水反应产生碳酸。）

扩展深入研究