実験で固体の水酸化ナトリウムに二酸化炭素を反応させるとき、生成物が炭酸ナトリウムになるのか炭酸水素ナトリウムになるのかがよくわかりません。例えば、乾いた固体の $NaOH$ に直接 $CO_2$ を吹き込む場合と、濃い水溶液に $CO_2$ を通じる場合とで生成物や反応式はどう違いますか？濃度や $CO_2$ の量（過剰か不足か）、水の有無がどのように影響するかも含めて、対応する化学反応式を示して理由を教えてください。具体的には次の点を教えてください。1) 乾燥した固体 $NaOH$ に $CO_2$ を加えたときの化学反応式、2) 水溶液中で $CO_2$ を通したときの反応式（pH や過剰/不足の違いがあればそれぞれ）、3) 反応条件によってどのように生成物が切り替わるかの簡単な説明。自分で調べてみて、固体では主に $Na_2CO_3$ ができるらしいが、濃溶液だと $NaHCO_3$ になることもあると読んだ、というところまで分かっています。

1) 乾燥固体の $NaOH$ に $CO_2$ を吹き込むと、主に炭酸塩が生成します。代表的な反応式は

表面に薄い水分があれば局所的に炭酸水素塩が少量できても、全体としては酸化物イオンを中和する余地が無いため $Na_2CO_3$ が支配的になります。

2) 水溶液中で $CO_2$ を通す場合は水和と酸塩基平衡が鍵で、まず

$$CO_2 + H_2O ightleftharpoons H_2CO_3 ightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$$

および

$$HCO_3^- ightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}$$

実際の簡便反応としては塩基に対して

$$CO_2 + OH^- \to HCO_3^-$$

$$HCO_3^- + OH^- \to CO_3^{2-} + H_2O$$

が進みます。したがってモル比とpHで生成物が決まり、$NaOH$ と $CO_2$ がほぼ同量（OH^- が十分）ならまず $NaHCO_3$（溶液中または沈殿）になり、OH^- 過剰（高pH, 通常 pH>10.3）ではさらに脱プロトン化して $Na_2CO_3$ が優勢になります。

3) まとめると、水の有無とpH（OH^- の量）が決め手です。乾いた固体や非常に高いOH^- 活性（濃アルカリ）では $Na_2CO_3$、中性〜弱アルカリ領域で CO_2 を限量で入れると $NaHCO_3$ が主になる、という理解で十分です。固体表面の水分や温度、CO_2 流量・過不足によって局所生成物が混在する点は問題文だけでは判断できませんが、平衡の基本は上の反応式で説明できます。