三氧化钼加热时变，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。由辉钼矿（MoS2）灼烧或将盐酸加入钼酸铵中析出钼酸后再加热熔烧而制得，亦可直接煅烧钼酸铵得到。用于制金属钼和钼的化合物。
三氧化钼制备
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。
实验室中，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+ 2 NaClO4
钼肥品种有钼酸铵、钼酸钠、三氧化钼等。钼酸铵是常用的钼肥，土施每亩50～150克，喷施浓度0.01%～0.1%，浸种浓度0.05%～0.1%，拌种每千克种子2～5克。
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