二氧化碳在通常狀況下是一種無色、無臭、無味的氣體能溶于水，溶解度為0.144g/100（25℃）。在20℃時，將二氧化碳加壓到5.73×106Pa即可變成無色液體，常壓縮在鋼瓶中存，在－56.6℃、5.27×105Pa時變為固體。

固態二氧化碳廣泛用于冷藏奶制品、肉類、冷凍食品和其它轉運中易的食品，在許多工業加工中作為冷凍劑，例如粉碎熱敏材料、橡膠磨光、金屬冷處理、機械零件的收縮裝配、真空冷阱等。

二氧化碳在常溫常壓下為無色無臭稍帶酸味的氣體。比空氣重。液化后變成無色無臭的液體，可揮發。固化后變成白雪一樣的薄片或立方體。在氣液固三態均不燃燒，也不助燃。二氧化碳稍微呈惰性，對許多金屬幾乎無影響，但有水分時生成碳酸而腐蝕普通鋼。與強堿起劇烈反應形成碳酸鹽，在高溫能被鐵、鋅和某些其它的金屬以及碳還原成一氧化碳。在350～400℃，有鎳存在的條件下(或在200℃，有氧化銅存在的條件下)可被氫還原為甲烷。在赤熱的溫度下與鈣反應，生成碳化鈣和氧化鈣；在同樣溫度下與氨反應生成尿素；有銅存在時與二硫化碳反應可生成硫和一氧化碳。與許多有機化合物反應。可將這些化合物羰基化。能溶于水、烴類及大多數中。

液體二氧化碳用作致冷劑，飛機、和電子部件的低溫試驗，提高油井采收率，橡膠磨光以及控制化學反應，也可用作滅火劑。

超臨界狀態的二氧化碳可以用作溶解非極性、非離子型和低分子量化合物的溶劑，所以在均相反應中有廣泛應用。

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