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三氧化鉬是鉬（VI）的氧化物，分子式為MoO3，是制取其它鉬化合物的主要原料。它主要用作制取金屬鉬，以及催化很多有機反應，比如丙烯氨氧化制取丙烯腈。
結構
三氧化鉬的結構
氣態時，三氧化鉬由MoO3分子組成，Mo-O之間為雙鍵。固態時，無水三氧化鉬為正交晶系，含有變形八面體MoO6構成的層狀結構。八面體成鏈，之間有氧原子交聯，八面體中一條Mo-O（非交聯氧）鍵長較短。
工業上用二硫化鉬氧化制備三氧化鉬：
2 MoS2+ 7 O2→ 2 MoO3+ 4 SO2
實驗室中，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+ 2 NaClO4
三氧化鉬可溶于堿，生成鉬酸鹽：
MoO3+ 2NH3·H2O → (NH4)2MoO4+ H2O
根據pH的不同，鉬酸鹽可以以正鉬酸鹽或多鉬酸鹽存在。
三氧化鉬高溫與氫氣反應，最終產物是金屬鉬。金屬鉬即通過此法制取：
MoO3+ 3 H2→ Mo + 3 H2O
三氧化鉬在160 °C水熱條件下和氟化鉀、氫氟酸反應，可以得到無色的KMoO2F3晶體。用類似方法可得到相應的銣、銨、鉈(I)鹽。