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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。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。由于二氧化碳密度比空气大，能溶于水且能与水反应，所以采用向上排空气法。将生成的气体通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊，证明该气体为二氧化碳。

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，这种气体便是如今工业上用作生产二氧化碳的石灰窑气。CO2分子形状是直线形的，其结构曾被认为是：O=C=O。但CO2分子中碳氧键键长为116pm，介于碳氧双键（键长为124pm）和碳氧三键（键长为113pm）之间，故CO2中的碳氧键具有一定程度的三键特征。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。

不能用Na2CO3（苏打）和NaHCO3（小苏打）代替CaCO3跟盐酸反应来制取二氧化碳，原因：Na2CO3和NaHCO3跟盐酸反应的速度太快，产生的二氧化碳很快逸出，不易控制，也不便于操作。不能用稀***代替盐酸，原因：稀***跟大理石（CaCO3）反应会生成了微溶入水的***钙（CaSO4）沉淀覆盖在大理石的表面上，阻碍了反应的继续进行，而使反应非常缓慢。