砷酸

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。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）。

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

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

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。

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

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（Hn+2AsnO3n+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), pKa1 = 2.24

H2AsO4-(aq) + H2O(l) $\rightleftarrows\ $ H3O+(aq) + HAsO42-(aq), pKa2 = 6.96

HAsO42-(aq) + H2O(l) $\rightleftarrows\ $ H3O+(aq) + AsO43-(aq), pKa3 = 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

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砷酸电离可产生三种阴离子：正砷酸根离子（AsO43-）、一氢砷酸根离子（HAsO42-）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

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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）。

## 基本资料

- verifiedrevid：444189976
- 说明：结构
- 说明：球棍模型
- IUPACName：Arsenic acid, arsoric acid
- ChemSpiderID：229
- PubChem：234
- UNII：N7CIZ75ZPN
- KEGG：C01478
- InChI：1/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
- ChEBI：18231
- 3D模型（JSmol）：O=As(O)(O)O
- InChIKey：DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYAY
- StdInChI：1S/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
- StdInChIKey：DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-N
- CASNo：7778-39-4
- RTECS：CG0700000
- 化学式：H3AsO4
- MolarMass：141.94 g/mol
- 外貌：白色半透明潮解晶体
- 密度：2.5 g/cm3
- 水溶性：16.7 g/100 mL
- SolubleOther：溶于乙醇
- MeltingPtC：35.5
- BoilingPt：≥ 100 °C 分解
- pKa：2.19, 6.94, 11.5
- MolShape：四面体
- EUClass：

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T+

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C

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N
- FlashPt：不可燃
- RPhrases：吸入及吞食有毒, 可能致癌, 对水生生物剧毒，可能对水生环境造成长期的不良影响
- SPhrases：防止暴露：使用前需获特别指导, 发生事故或感到不适时立即求医，可能的话出示标签, 该物质及容器必须按危险废物放置, 防止排向环境，参考特别指示或安全技术说明书操作
- NFPA-H：4
- NFPA-F：0
- NFPA-R：0
- OtherAnions：磷酸
- OtherCations：砷酸钠
- OtherCpds：亚砷酸、五氧化二砷