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三氧化鉬為白色或蒼黃色、透明斜方晶體，密度4.692g/cm3。熔點(diǎn)795℃，沸點(diǎn)1155℃(升華)。加熱時(shí)變黃色，冷時(shí)即復(fù)原。即使在低于熔點(diǎn)情況下，也有顯著的升華現(xiàn)象。不溶于水，能溶于NH3·H2O和強(qiáng)堿。與堿溶液和許多金屬氧化物反應(yīng)生成鉬酸鹽和多鉬酸鹽。
鉬酸銨熱分解法將輝鉬精礦粉碎至60～80目，放人焙燒爐中于500～550℃氧化焙燒，用NH3·H2O浸出，得鉬酸銨溶液除去雜質(zhì)后，加熱至40～45℃，在攪拌下加入硝酸中和至pH=1.5，生成八鉬酸銨沉淀，經(jīng)過(guò)濾，離心脫水后，溶于70～80℃的NH3·H2O中，再蒸發(fā)濃縮，得到仲鉬酸銨，然后在550～600℃下進(jìn)行熱分解，得三氧化鉬成品。
工業(yè)上用二硫化鉬氧化制備三氧化鉬：
2MoS2+7O2→2MoO3+4SO2實(shí)驗(yàn)室中，則可先由鉬酸鈉溶液酸化制得三氧化鉬水合物，再將其干燥制得：
Na2MoO4+H2O+2HClO4→MoO3(H2O)2+2NaClO4
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