砷酸

砷酸
IUPAC名 Arsenic acid, arsoric acid
识别
CAS号	7778-39-4
ChemSpider	229
SMILES	O=[As](O)(O)O
InChI	1/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
InChIKey	DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYAY
ChEBI	18231
RTECS	CG0700000
KEGG	C01478
性质
化学式	H3AsO4
摩尔质量	141.94 g/mol g·mol−1
外观	白色半透明潮解晶体
密度	2.5 g/cm3
熔点	35.5 °C（309 K）
沸点	≥ 100 °C 分解
溶解度（水）	16.7 g/100 mL
溶解度	溶于乙醇
pKa	2.19, 6.94, 11.5
结构
分子构型	四面体
危险性
警示术语	R：R23/25, R45, R50/53
安全术语	S：S53, S45, S60, S61
欧盟分类	T+ N
NFPA 704	0 4 0
闪点	不可燃
相关物质
其他阴离子	磷酸
其他阳离子	钠砷酸
相关化学品	亚砷酸 五氧化二砷
若非注明，所有数据均出自一般条件（25 ℃，100 kPa）下。

砷酸为砷(V)的含氧酸，分子式H₃AsO₄。三元中强酸，酸性及其他性质均类似磷酸。

制取

由五氧化二砷溶于水而得。

$\mathrm{As_2O_5 + 3\ H_2O \rightleftharpoons 2 \ H_3AsO_4}$

反应也可向左进行，如加入五氧化二磷作吸水剂时，又可从砷酸产生五氧化二砷。

砷酸也可由砷或三氧化二砷被浓硝酸氧化而得。反应后於29.5°C以下浓缩，可析出砷酸半水合物细小板状结晶。於29.5℃以上，则析出三砷酸（H₅As₃O₁₀）。

$\mathrm{As + 5 \ HNO_3 \longrightarrow 5 \ NO_2 + H_2O + H_3AsO_4}$

$\mathrm{As_2O_3 + 2 \ HNO_3 + 3\ H_2O \longrightarrow}$ $\mathrm{N_2O_3 + 2 \ H_3AsO_4\cdot\tfrac12H_2O}$

砷酸二水合物（H₃AsO₄ · 2H₂O）只可通过在−30°C下结晶数天得到。

性质

物理性质

砷酸固体在空气中很快吸潮，产生水合物 H₃AsO₄ · ½H₂O 或 H₃AsO₄ · 2H₂O （於 −30 °C）。平稳加热时，脱水产生三砷酸（H₅As₃O₁₀）。加热至100°C时，分解为 As₂O₅ · 1.66H₂O。在500°C时全部失水。

$\rm 3 H_3AsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ H_5As_3O_{10} + 2 H_2O$

饱和水溶液浓度约 80 %。

毒性虽不及亚砷酸，但仍较高。LD50（兔）为6 mg/1 kg。砷酸与砷酸盐在日本被列为医药用外毒物。

化学性質

無水物結晶溶于水时微吸熱。（忽略电离）。

H₃AsO₄(s) $\rightleftarrows\$ H₃AsO₄(aq),  ΔH°= 3.8 kJ mol^-1

砷酸水溶液的氧化性不强，但比同族的磷酸强。这与其他第4周期元素的含氧酸相似，如硒酸、高溴酸，其氧化性均强于对应的硫酸与高氯酸。

H₃AsO₄(aq) + 2 H⁺(aq) + 2 e^- = H₃AsO₃(aq) + H₂O(l),    E°= 0.575 V

例如砷酸可将碘离子氧化为碘：

H₃AsO₄ + 2 H⁺ + 2 I⁻ → H₃AsO₃ + I₂ + H₂O

此外还有焦砷酸（H₄As₂O₇）与多砷酸（H_n+2As_nO_3n+1、(HAsO₃)_n）。这两者及其酸根离子在水溶液中都是不稳定的，遇水很快分解为砷酸。焦砷酸与多砷酸盐在固态可以是稳定的。

水溶液中的電離平衡

砷酸分子在水溶液中分三步解离，第一步为微强，0.1mol dm^-3水溶液的電離度約0.25。第二步与第三步解离很弱，在酸性溶液中可以忽视。

H₃AsO₄(aq) + H₂O(l) $\rightleftarrows\$ H₃O⁺(aq) + H₂AsO₄^-(aq),    pK_a1 = 2.24

H₂AsO₄^-(aq) + H₂O(l) $\rightleftarrows\$ H₃O⁺(aq) + HAsO₄^2-(aq),    pK_a2 = 6.96

HAsO₄^2-(aq) + H₂O(l) $\rightleftarrows\$ H₃O⁺(aq) + AsO₄^3-(aq),  pK_a3 = 11.50

与解离相关的標準焓、吉布斯自由能、与熵变值列在下面。

	${\Delta} H^\circ$	${\Delta} G^\circ$	${\Delta} S^\circ$
第一解離	-7.07 kJ mol-1	12.84 kJ mol-1	-66.9 J mol-K-1
第二解離	3.22 kJ mol-1	38.57 kJ mol-1	-118.7 J mol-1K-1
第三解離	18.20 kJ mol-1	66.19 kJ mol-1	-161.1 J mol-1K-1

砷酸根

砷酸电离可产生三种阴离子：正砷酸根离子（AsO₄^3-）、一氢砷酸根离子（HAsO₄^2-）与二氢砷酸根离子（H₂AsO₄^-）。三种阴离子的盐类均已获得。正砷酸根离子为正四面体结构，类似磷酸根离子；As-O键长169pm。酸液中有微弱的氧化性。

砷酸盐

各种砷酸盐可通过用不同计量的碱中和砷酸获得。可溶金属盐与砷酸钠或砷酸氢钠发生复分解，亦可得不可溶的砷酸盐沉淀。

焦砷酸（H₄As₂O₇）与焦磷酸不同，不可通过砷酸加热脱水制得，只能由砷酸氢盐失水得到。

$\rm 2 Na_2HAsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ Na_4As_2O_7 + H_2O$

$\rm 2 CaHAsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ Ca_2As_2O_7 + H_2O$

砷酸钠（Na₃AsO₄）水溶液呈碱性（pH～12）、砷酸一氢钠（Na₂HAsO₄）水溶液呈弱碱性（pH～9）、砷酸二氢钠（NaH₂AsO₄）水溶液则呈弱酸性（pH～4.4）。

砷酸钙（Ca₃(AsO₄)₂）用作殺虫剂。砷酸钠可作除草剂，对作物应用效果显著。

正砷酸盐中，碱金属盐、铵盐可溶于水，碱土金属盐等其他盐类则难溶。

• 砷酸钙 (Ca₃(AsO₄)₂)
• 砷酸钠 (Na₃AsO₄)

砷酸盐矿物

钴华

砷酸盐矿物可由含砷的硫化矿物经氧化生成，也可由磷酸盐矿物中的磷酸根被砷酸根替换而得。砷酸盐矿物例子如下：

• 水砷锌矿，Adamite (Zn₂(AsO₄)(OH))
• 橄榄铜矿，Olivenite (Cu₂(AsO₄)(OH))
• 钴华，Erythrite (Co₃(AsO₄)₂・8H₂O)
• 镍華，Annaberigite (Ni₃(AsO₄)₂・8H₂O)
• 臭葱石，Scorodite (FeAsO₄・2H₂O)
• 绿铅矿，Mimetite (Pb₅Cl(AsO₄)₃)