三氧化钼为白色或苍黄色、透明斜方晶体，密度4.692g/cm3。熔点795℃，沸点1155℃(升华)。加热时变黄色，冷时即复原。即使在低于熔点情况下，也有显著的升华现象。不溶于水，能溶于氨水和强碱。与碱溶液和许多金属氧化物反应生成钼酸盐和多钼酸盐。
三氧化钼的结构
气态时，三氧化钼由MoO3分子组成，Mo-O之间为双键。固态时，无水三氧化钼为正交晶系，含有变形八面体MoO6构成的层状结构。八面体成链，之间有氧原子交联，八面体中一条Mo-O（非交联氧）键长较短。
三氧化钼制备方法
钼酸铵热分解法将辉钼精矿粉碎至60～80目，放人焙烧炉中于500～550℃氧化焙烧，用氨水浸出，得钼酸铵溶液除去杂质后，加热至40～45℃，在搅拌下加入硝酸中和至pH=1.5，生成八钼酸铵沉淀，经过滤，离心脱水后，溶于70～80℃的氨水中，再蒸发浓缩，得到仲钼酸铵，然后在550～600℃下进行热分解，得三氧化钼成品。
工业上用二硫化钼氧化制备三氧化钼：
2MoS2+7O2→2MoO3+4SO2实验室中，则可先由钼酸钠溶液酸化制得三氧化钼水合物，再将其干燥制得：
Na2MoO4+H2O+2HClO4→MoO3(H2O)2+2NaClO4
三氧化钼的应用
用作高效阻燃抑烟剂，对于含氯胶黏剂更为有效。参考用量0.5~～5.0份即能使生烟量降低30%～80%，氧指数提高10%~20%。钼化物与氧化铜、氧化铁：氧化镉、氧化锌等混合使用用具有协同效应，其抑烟效果比单一MoO3更佳。国内阻燃抑烟剂多为氧化钼、钼酸铵的混合物。
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