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在化学性质方面，二氧化碳的化学性质不活泼，热稳定性很高（2000℃时仅有1。8%分解），不能燃烧，通常也不支持燃烧，属于酸性氧化物，液态二氧化碳气体，具有酸性氧化物的通性，因与水反应生成的是碳酸，所以是碳酸的酸酐。一般以副产物二氧化碳为原料气，合肥液态二氧化碳，用吸附膨胀法从吸附相提取高纯二氧化碳，用低温泵收集产品；也可采用吸附精馏法制取，吸附精馏法采用硅胶、3A分子筛和活性炭作吸附剂，脱除部分杂质，精馏后可制取高纯二氧化碳产品。氨、氢气、合成氨生产过程中往往有脱碳（即脱除气体混合物中二氧化碳）过程，使混合气体中二氧化碳经加压吸收、减压加热解吸可获得高纯度的二氧化碳气。
3世纪时，中国西晋时期的张华（232年－300年）在所著的《博物志》一载了一种在烧白石（CaCO3）作白灰（CaO）过程中产生的气体，液态二氧化碳多少钱，这种气体便是如今工业上用作生产二氧化碳的石灰窑气。这个过程的简单机理为：在初始阶段，二氧化碳被吸附在阴极催化剂表面，液态二氧化碳批发，形成中间产物；然后电子在两个电极间电势差的作用下发生转移，转移数可能是2、4、6、8、12，还原产物随电子转移数的不同而可能是、甲酸根、甲酸、、和乙烯等。由于是在水溶液中，也会发生析氢反应，从而产生氢气。现代科学家一般认为CO2分子的中心原子碳原子采取sp杂化，2条sp杂化轨道分别与2个氧原子的2p轨道（含有一个电子）重叠形成2条σ键，碳原子上互相垂直的p轨道再分别与2个氧原子中平行的p轨道形成2条大π键。
二氧化碳的电化学还原是一个利用电能将二氧化碳在电解池阴极还原而将氢氧根离子在电解池阳极氧化为氧气的过程。二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得，主要应用于冷藏易的食品（固态）、作致冷剂（液态）、制造碳化软饮料（气态）和作均相反应的溶剂（超临界状态）等。17世纪初，比利时医生海尔蒙特即扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特，发现木炭燃烧之后除了产生灰烬外还产生一些看不见、摸不着的物质，并通过实验证实了这种被他称为“森林之精”的二氧化碳是一种不助燃的气体，确认了二氧化碳是一种气体；还发现烛火在该气体中会自然熄灭，这是二氧化碳惰性性质的次发现。
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