想必这个夏天大家都没少喝碳酸饮料。在享受清凉汽水的同时，你有没有想过，这么多瓶子里的二氧化碳都是哪里来的？感受过二氧化碳的洪荒之力吗？先别急着抢答课堂上学过的盐酸与碳酸钙反应。这是一种典型的实验室制法，如果你用这个路线来开工厂，肯定要赔得底裤都不剩。不仅是二氧化碳，我们所学的氧气、氢气等气体的实验室制法，都是看起来很美但是极为败家的方法。为什么学校要教我们这些奇奇怪怪的东西？
真实的工业生产又如何保本赚钱？我们可以从几个常见的案例中找到答案。二氧化碳，石头里蹦出来的气体。虽然工业制法与实验室制法千差万别，二氧化碳这东西还真都是“石头里蹦出来的”，这多亏了碳酸钙有一个丰富、廉价的来源——石灰石。不过，工业生产中就没有必要用盐酸了，直接在高温下煅烧石灰石，碳酸钙会分解，同时生成生石灰（氧化钙）和二氧化碳。生石灰是重要的干燥剂、建筑材料，煅烧法可谓一石二鸟。
除此以外，关于二氧化碳不得不提的另一个火热的领域叫做碳捕集（Carbon Capture and Storage），针对大型火电厂排出的大量高浓度二氧化碳，通过一系列吸收方法将二氧化碳吸收并封存，遏制温室效应。目前这项事业方兴未艾，已经有多个装置正在建设。氮气&氧气，这一趟，比南极还冷！中学课本中，我们学习过用高锰酸钾或氯酸钾加热制备氧气，过氧化氢分解制氧气，以及电解水制备氧气。
但是在工业中，可不会用上万块一吨的高锰酸钾或氯酸钾，氧气和氮气的来源还是来自于免费的原料：空气。空气中氧气占约21%，氮气占约78%，那么如何将这样两种充分混合的组分分开呢？经过几十年的研究和改进，人们主要发展了两种方法。一种叫做深冷精馏，另一种叫做变压吸附。精馏是一类利用两种液体沸点不同来进行分离的方法的总称。你没听错，空气也可以变成液体。
在几十倍大气压的压力下，把温度降到-160 ℃~-190 ℃，利用液态氧和液态氮的沸点不同，就可以用蒸馏的办法将他们分离开。这种方法需要建设大规模的压缩制冷装置，所以也不是谁都用得起的，一般只用于石化行业等大量需要氮气和氧气的场所。对于较小规模的氧气和氮气需求，可以用变压吸附法来解决。变压吸附法利用了氧气和氮气另一项性质的差别：在一类多孔材料中的扩散速度不同。
例如对于一段填充了多孔材料的管子，氮气扩散得更快，氧气扩散的更慢，所以越向管子深处，氮气的浓度越高。设计好阀门切换的顺序等流程，就可以达到分离氮气和氧气的目的。氢气，太美太危险。实验室中，我们会电解水或用金属与酸反应制备氢气。在工业生产中，氢气是一种重要的原料，也被视为一种未来的清洁燃料。那么在工业生产中氢气又是如何生产的呢？
一般对于工业上需要大规模使用氢气的情况而言，无论是使用金属和酸反应还是用电解水的方法，成本都太高了。以现在锌的价格24000元每吨为例，按照方程式合成1标准立方米氢气需要2.9 kg金属锌，这就是大约70元（还没算硫酸的价格）。而天然气制氢的成本会陡降至0.8~1.5元/标准立方米。因此，工业上主要采用成本低廉的煤或天然气制备氢气。煤在部分燃烧的情况下，会生成一氧化碳和水。
生成的一氧化碳通过一个被称为水煤气变换的反应和水反应生成氢气和二氧化碳，分离除去二氧化碳后，就能得到纯净的氢气了。对于使用天然气作为原料的情况，反应也较为相似。甲烷分子与水蒸汽反应，生成一氧化碳和氢气，一氧化碳又可经过水煤气变换反应转化为氢气。此外，学术界还在研究如何将甲烷的利用和二氧化碳的利用结合起来生成氢气。但是目前，这个仍然处于学术探索中，尚无工业化的实例。
氢气有很多很特殊的性质，例如其分子太小，在高压下甚至能渗入金属原子之间的缝隙，穿透金属管，形成所谓的“氢脆”的现象。因此，在工业中利用氢气时，需要特殊设计、格外小心。因其易燃易爆的特性，在实验室使用时也要特别注意。实验室里制备和使用气体，最主要的考虑因素是实验原理清晰、制备方便快捷、现象明显，也就是说真的要“看起来很美”，才能既起到教学的目的。
但是工业生产中，最主要的考虑因素则是安全连续生产和低成本。工业使用规模大，单位体积的成本只要略有上升就会导致亏损。因为考虑的核心因素不同，实验室和工业制备气体的方式也就完全不同了。