查看“︁砷酸”︁的源代码

{{chembox
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| ImageAlt1 = 球棍模型
| IUPACName = Arsenic acid, arsoric acid
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| Section1 = {{Chembox Identifiers
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|   UNII = N7CIZ75ZPN
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  }}
| Section2 = {{Chembox Properties
|   Formula = H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>
|   MolarMass = 141.94 g/mol
|   Appearance = 白色半透明[[潮解]]晶体
|   Density = 2.5 g/cm<sup>3</sup>
|   Solubility = 16.7 g/100 mL
|   SolubleOther = 溶于[[乙醇]]
|   MeltingPtC = 35.5
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| Section3 = {{Chembox Structure
|   MolShape = 四面体
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|   EUClass = {{Hazchem T+}}{{Hazchem C}}{{Hazchem N}}<!-- Index No. 033-005-00-1 -->
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| Section8 = {{Chembox Related
|   OtherAnions = [[磷酸]]
|   OtherCations = [[砷酸钠]]
|   OtherCpds = [[亚砷酸]]<br />[[五氧化二砷]]
  }}
}}
'''砷酸'''为[[砷]](V)的[[含氧酸]]，分子式H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>。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。
:<math>\mathrm{As_2O_5 + 3\ H_2O \rightleftharpoons 2 \ H_3AsO_4}</math>

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。該反應會生成副產物[[三氧化二氮]]。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（H<sub>5</sub>As<sub>3</sub>O<sub>10</sub>）。<ref name=kagakudaijiten>化学大辞典編集委員会　『化学大辞典』　共立出版、1993年</ref><ref name=Brauer>{{ cite book | chapter = Arsenic Acid | title = Handbook of Preparative Inorganic Chemistry | edition = 2nd | editor = G. Brauer | publisher = Academic Press | year = 1963 | location = New York | volume = 1 | page = 601 }}</ref>
:<math>\mathrm{As + 5 \ HNO_3 \longrightarrow 5 \ NO_2 + H_2O + H_3AsO_4}</math>
:<math>\mathrm{As_2O_3 + 2 \ HNO_3 + 3\ H_2O \longrightarrow}</math> <math>\mathrm{N_2O_3 + 2 \ H_3AsO_4\cdot\tfrac12H_2O}</math>

反應結束後，若將所得液體冷卻，可得到以無色結晶形式析出的砷酸的半水合物H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>·½H<sub>2</sub>O。如果進一步降低溫度的話，還可以獲得砷酸的二水合物H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O<ref name=Brauer/>。

砷酸二水合物（H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub> · 2H<sub>2</sub>O）只可通过在−30°C下结晶数天得到。<ref>G. Brauer (Hrsg.), ''Handbook of Preparative Inorganic Chemistry'' 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 601.</ref>

[[五氧化二砷]]可緩慢與水反應生成砷酸。元砷酸或焦砷酸與冷水反應同樣可以生成砷酸。另外，溼潤的砷單質可與臭氧反應生成砷酸

:2 As  +  3 H<sub>2</sub>O  +  5 O<sub>3</sub>   →   2 H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>  +  5 O<sub>2</sub>

== 性质 ==
=== 物理性质 ===
砷酸固体在空气中很快吸潮，产生水合物 H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub> · ½H<sub>2</sub>O 或 H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub> · 2H<sub>2</sub>O （於 −30&nbsp;°C）。平稳加热时，脱水产生三砷酸（H<sub>5</sub>As<sub>3</sub>O<sub>10</sub>）。加热至100°C时，分解为 As<sub>2</sub>O<sub>5</sub> · 1.66H<sub>2</sub>O。在500°C时全部失水。<ref name=kagakudaijiten />
:<math>\rm 3 H_3AsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ H_5As_3O_{10} + 2 H_2O</math>

饱和水溶液浓度约 80 %。

毒性虽不及[[亚砷酸]]，但仍较高。[[半数致死量|LD50]]（兔）为6 mg/1 kg。<ref>Merck Index 13th</ref>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）<ref name=Parker>D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982)</ref>。
: H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>(s) <math> \rightleftarrows\ </math> H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>(aq),&nbsp;&nbsp;Δ''H''°= 3.8 kJ mol<sup>-1</sup>
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]]。<ref name=Cotton> FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳　『コットン・ウィルキンソン無機化学』　培風館、1987年，原書：F. ALBERT COTTON and GEOFFREY WILKINSON, Cotton and Wilkinson  ADVANCED INORGANIC CHEMISTRY  A COMPREHENSIVE TEXT  Fourth Edition, INTERSCIENCE, 1980.</ref>
: H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>(aq) + 2 H<sup>+</sup>(aq) + 2 e<sup>-</sup> = H<sub>3</sub>AsO<sub>3</sub>(aq) + H<sub>2</sub>O(l), &nbsp; &nbsp;''E''°= 0.575 V
例如砷酸可将碘离子氧化为碘：
: H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub> + 2 H<sup>+</sup> + 2 I<sup>−</sup> → H<sub>3</sub>AsO<sub>3</sub> + I<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O

此外还有焦砷酸（H<sub>4</sub>As<sub>2</sub>O<sub>7</sub>）与多砷酸（H<sub>n+2</sub>As<sub>n</sub>O<sub>3n+1</sub>、(HAsO<sub>3</sub>)<sub>n</sub>）。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，0.1[[濃度|mol dm<sup>-3</sup>]]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。
: H<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>(aq) + H<sub>2</sub>O(l) <math> \rightleftarrows\ </math> H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>(aq) + H<sub>2</sub>AsO<sub>4</sub><sup>-</sup>(aq), &nbsp; &nbsp;p''K''<sub>a1</sub> = 2.24
: H<sub>2</sub>AsO<sub>4</sub><sup>-</sup>(aq) + H<sub>2</sub>O(l) <math> \rightleftarrows\ </math> H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>(aq) + HAsO<sub>4</sub><sup>2-</sup>(aq), &nbsp; &nbsp;p''K''<sub>a2</sub> = 6.96
: HAsO<sub>4</sub><sup>2-</sup>(aq) + H<sub>2</sub>O(l) <math> \rightleftarrows\ </math> H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>(aq) + AsO<sub>4</sub><sup>3-</sup>(aq),&nbsp;&nbsp;p''K''<sub>a3</sub> = 11.50

与解离相关的標準[[焓]]、[[吉布斯能]]、与[[熵]]变值列在下面。<ref name=Parker />

{| class="wikitable" style="text-align: center; white-space:nowrap;"
|-
! 　
!! style="white-space:nowrap"| <math>{\Delta} H^\circ</math>
!! style="white-space:nowrap"| <math>{\Delta} G^\circ</math>
!! style="white-space:nowrap"| <math>{\Delta} S^\circ</math>
|-
! style="white-space:nowrap"| 第一解離
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| -7.07 kJ mol<sup>-1</sup>
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| 12.84 kJ mol<sup>-1</sup>
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| -66.9 J mol<sup>-</sup>K<sup>-1</sup>
|-
! style="white-space:nowrap"| 第二解離
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| 3.22 kJ mol<sup>-1</sup>
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| 38.57 kJ mol<sup>-1</sup>
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| -118.7 J mol<sup>-1</sup>K<sup>-1</sup>
|-
! style="white-space:nowrap"| 第三解離
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| 18.20 kJ mol<sup>-1</sup>
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| 66.19 kJ mol<sup>-1</sup>
| style="white-space:nowrap; background-color:#ffffff"| -161.1 J mol<sup>-1</sup>K<sup>-1</sup>
|-
|}

== 砷酸根 ==
[[Image:Arsenate ion.svg|right|120px|砷酸根离子]]
砷酸电离可产生三种阴离子：正砷酸根离子（AsO<sub>4</sub><sup>3-</sup>）、一氢砷酸根离子（HAsO<sub>4</sub><sup>2-</sup>）与二氢砷酸根离子（H<sub>2</sub>AsO<sub>4</sub><sup>-</sup>）。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（H<sub>4</sub>As<sub>2</sub>O<sub>7</sub>）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。
: <math>\rm 2 Na_2HAsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ Na_4As_2O_7 + H_2O</math>
: <math>\rm 2 CaHAsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ Ca_2As_2O_7 + H_2O</math>

砷酸钠（Na<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>）水溶液呈碱性（pH～12）、砷酸一氢钠（Na<sub>2</sub>HAsO<sub>4</sub>）水溶液呈弱碱性（pH～9）、砷酸二氢钠（NaH<sub>2</sub>AsO<sub>4</sub>）水溶液则呈弱酸性（pH～4.4）。

砷酸钙（Ca<sub>3</sub>(AsO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>）用作[[殺虫剂]]。砷酸钠可作[[除草剂]]，对作物应用效果显著。<ref name=kagakudaijiten />

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]] (Ca<sub>3</sub>(AsO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>)
* [[砷酸钠]] (Na<sub>3</sub>AsO<sub>4</sub>)

=== 砷酸盐矿物 ===
[[Image:Érythrite (Maroc).jpg|thumb|right|200px|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 (Zn<sub>2</sub>(AsO<sub>4</sub>)(OH)) 
* [[橄榄铜矿]]，Olivenite (Cu<sub>2</sub>(AsO<sub>4</sub>)(OH)) 
* [[钴华]]，Erythrite (Co<sub>3</sub>(AsO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>・8H<sub>2</sub>O)
* [[镍華]]，Annaberigite (Ni<sub>3</sub>(AsO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>・8H<sub>2</sub>O)
* [[臭葱石]]，Scorodite (FeAsO<sub>4</sub>・2H<sub>2</sub>O)
* [[绿铅矿]]，Mimetite (Pb<sub>5</sub>Cl(AsO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>)

==應用==
砷酸可用作{{link-en|木材防腐劑|Wood preservation}}、廣譜生物殺滅劑、玻璃和金屬的整理劑，並可參與合成部分染料及一些有機砷化合物。但砷酸毒性強烈，故其商業應用受到了限制。選兔作爲實驗對象時，砷酸的[[半致死量]]爲6&nbsp;mg/kg（0.006&nbsp;g/kg）<ref>{{ cite journal | author = Joachimoglu, G. | journal = Biochemische Zeitschrift | year = 1915 | volume = 70 | page = 144 }}</ref>。
== 参考 ==
<references/>

{{无机酸}}
{{砷酸盐}}
{{Authority control}}
[[Category:五价砷化合物]]
[[Category:无机酸]]
[[Category:砷-氧化合物]]