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物理性质

二氧化氯常温下为黄绿色或橘红色气体，带有一种辛辣气味，易溶于水，在20℃和30mmHg压力下，二氧化氯在水中的溶解度为2.9克／升。溶解中形成黄绿色的溶液。在空气中的体积浓度超过10%时便有爆炸性，但在水溶液中则无危险性。比重为3.09克／升（11℃），熔点-59.5℃，沸点9.9℃（压力为731mmHg时的沸点）。在水中能被光分解，与氨不起反应。对人体有刺激，当大气中二氧化氯含量为14mg／L时，就可使人觉察；45mg／L时，明显地刺激呼吸道。二氧化氯的挥发性较大，稍一曝气即从溶液中逸出。温度升高、曝光或与有机质相接触，会发生爆炸。因此，在实际应用中，二氧化氯须避光保存，一般情况下，现使用，现制备。 

化学性质

二氧化氯是一种有多方面用途又有选择性的氧化剂，它与各种有机和无机化合物反应，这些反应中许多都能用于包括水溶液和气态蒸汽在内的水处理和工业废物处理上。

二氧化氯属强氧化剂，其有效氯是氯的2.6倍，可以与包括铁、锰、硫化物、和含氮化物等无机物以及酚类，有机硫化物，多环芳烃、胺类、不饱和化物，醇醛和碳水化合物以及某物质和药物等有机物化合物反应。