砷酸

砷酸
IUPAC名 Arsenic acid, arsoric acid
识别
CAS号	7778-39-4  Y
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
溶解性（水）	16.7 g/100 mL
溶解性	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+ C 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	砷酸钠
相关化学品	亚砷酸 五氧化二砷
若非注明，所有数据均出自标准状态（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。

$\mathrm {As_{2}O_{5}+3\ H_{2}O\rightleftharpoons 2\ H_{3}AsO_{4}}$

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。该反应会生成副产物三氧化二氮。反应后于29.5°C以下浓缩，可析出砷酸半水合物细小板状结晶。于29.5℃以上，则析出三砷酸（H₅As₃O₁₀）。

$\mathrm {As+5\ HNO_{3}\longrightarrow 5\ NO_{2}+H_{2}O+H_{3}AsO_{4}}$

$\mathrm {As_{2}O_{3}+2\ HNO_{3}+3\ H_{2}O\longrightarrow }$ $\mathrm {N_{2}O_{3}+2\ H_{3}AsO_{4}\cdot {\tfrac {1}{2}}H_{2}O}$

反应结束后，若将所得液体冷却，可得到以无色结晶形式析出的砷酸的半水合物H₃AsO₄·½H₂O。如果进一步降低温度的话，还可以获得砷酸的二水合物H₃AsO₄·2H₂O。

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

五氧化二砷可缓慢与水反应生成砷酸。元砷酸或焦砷酸与冷水反应同样可以生成砷酸。另外，湿润的砷单质可与臭氧反应生成砷酸

2 As + 3 H₂O + 5 O₃ → 2 H₃AsO₄ + 5 O₂

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 （于 −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。

${\rm {3H_{3}AsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ H_{5}As_{3}O_{10}+2H_{2}O}}$

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。

化学性质

无水物结晶溶于水时微吸热。（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。

水溶液中的电离平衡

砷酸分子在水溶液中分三步解离，第一步为微强，0.1mol dm^-3水溶液的电离度约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

与解离相关的标准焓、吉布斯能、与熵变值列在下面。

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

砷酸根

砷酸根离子

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。

${\rm {2Na_{2}HAsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ Na_{4}As_{2}O_{7}+H_{2}O}}$

${\rm {2CaHAsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ Ca_{2}As_{2}O_{7}+H_{2}O}}$

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）用作杀虫剂。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)
• 镍华，Annaberigite (Ni₃(AsO₄)₂・8H₂O)
• 臭葱石，Scorodite (FeAsO₄・2H₂O)
• 绿铅矿，Mimetite (Pb₅Cl(AsO₄)₃)

应用

砷酸可用作木材防腐剂、广谱生物杀灭剂、玻璃和金属的整理剂，并可参与合成部分染料及一些有机砷化合物。但砷酸毒性强烈，故其商业应用受到了限制。选兔作为实验对象时，砷酸的半致死量为6 mg/kg（0.006 g/kg）。