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三氧化硫的物理性質為：三氧化硫是一種無色易升華的固體，有三種物態。（高中化學一般認為其在通常情況下是液體，標準狀況下是固體，加熱后是氣體。）α-SO3絲質纖維狀和針狀，密度1.97g/cm³，熔點62.3℃；β-SO3石棉纖維狀，熔點62.4℃，在50℃可升華； γ-SO3玻璃狀，熔點16.8℃，沸點44.8℃。溶于水，并跟水反應生成硫酸和放出大量的熱。因此又稱硫酸酐。溶于濃硫酸而成發煙硫酸，它是酸性氧化物，可和堿性氧化物反應生成鹽。三氧化硫是強的氧化劑，只能在高溫時氧化硫、磷、鐵、鋅以及溴化物、碘化物等。SO?在標況（1atm，0℃)下為固態，在常溫常壓下為液態。
三氧化硫的化學性質為：
SO3中S原子處于最高氧化態+6，所以SO3是一種強氧化劑，特別在高溫時它能氧化磷、碘化物和鐵、鋅等金屬。SO3極易吸收水分，在空氣中強烈冒煙，溶于水即生成硫酸并放出大量熱。
SO3是硫酸（H2SO4）的酸酐。因此，可以發生以下反應：
和水化合成硫酸：SO3(l) + H2O(l) = H2SO4(aq) ( =-88 kJ/mol)
這個反應進行得非常迅速，而且是放熱反應。在大約340 ℃以上時，硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡濃度下共存。
三氧化硫也與二氯化硫發生反應來生產很有用的試劑——亞硫酰氯：
SO3+ SCl2 →SOCl2 + SO2
三氧化硫還可以與堿類發生反應，生成硫酸鹽及其它物質，如：SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O
三氧化硫不可用濃硫酸干燥，因為SO3和濃硫酸會生成焦硫酸：
H2SO4+SO3=H2S2O7
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