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三氧化硫是一种无色易升华的固体，有三种物相：高中化学一般认为其在通常情况下是液体，标准状况下是固体，加热后是气体。溶于水，并跟水反应生成硫酸和放出大量的热。因此又称硫酸酐。溶于浓硫酸而成发烟硫酸，它是酸性氧化物，可和碱性氧化物反应生成盐。三氧化硫是强的氧化剂，只能在高温时氧化硫、磷、铁、锌以及溴化物、碘化物等。

三氧化硫是非极性分子。它的气体形式是一种严重的污染物，是形成酸雨的主要来源之一。

常温下为无色透明油状液体或固体，标况为固体，具有强刺激性臭味。