CO2与水化合形成碳酸（H2CO3），所以CO2是H2CO3的酸酐。H2CO3是二元弱酸，在水中可以形成两种酸根（碳酸氢根和碳酸根），故水中的碳酸化合物有四种存在状态：
（1）溶于水的二氧化碳气体（CO2）；
（2）溶于水的分子态碳酸（H2CO3），H2CO3与CO2都称为游离碳酸或游离CO2，CO2形态占主要地位，而H2CO3与CO2都称为游离碳酸或游离CO2，CO2形态占主要地位，而H2CO3只占CO2量的1%以下；
（3）碳酸氢根（HCO3-），称半结合性二氧化碳或半结合性碳酸；
（4）碳酸根（CO32-），称结合性二氧化碳或结合性碳酸。
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