三氧化硫是一種無色易昇華的固體，有三種物相：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，加熱後是氣體。溶於水，並跟水反應生成硫酸和放出大量的熱。因此又稱硫酸酐。溶於濃硫酸而成發煙硫酸，它是酸性氧化物，可和鹼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。
三氧化硫是非極性分子。它的氣體形式是一種嚴重的汙染物，是形成酸雨的主要來源之一。
常溫下為無色透明油狀液體或固體，標況為固體，具有強刺激性臭味。強氧化劑，能被硫、磷、
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