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液态二氧化硫比较稳定，不活泼。气态二氧化硫加热到2000℃不分解。不燃烧，与空气也不组成爆炸性混合物。
无机化合物如溴、三氯化硼、二硫化碳、三氯化磷、磷酰氯、氯化碘以及各种亚硫酰氯化物都可以任何比例与液态二氧化硫混合。碱金属卤化物在液态二氧化硫中的溶解度按I－>Br－>Cl－的次序减小。金属氧化物、硫化物、硫酸盐等多数不溶于液态二氧化硫。
二氧化硫化学性质极其复杂，不同的温度可作为非质子溶剂、路易氏酸、还原剂、氧化剂、氧化还原试剂等各种作用。液态二氧化硫还可作自由基接受体。如在偶氮二异丁腈自由基引发剂存在下与乙烯化合物反应得到聚砜。液态二氧化硫在光照下，可与氯和烷烃进行氯磺化反应，在氧存在下生成磺酸。液态二氧化硫在低温表现出还原作用，但在300℃以上表现出氧化作用。
二氧化硫标准气体主要应用于石油化工工艺控制仪器的校准和检测、石油化工产品质量的控制、环境污染物检测、汽车尾气排放检测、各种工厂尾气的检测、矿井用报警器的校准、医疗仪器校验、电力系统变压器油质量检测、空分产品质量控制、交通安全检测仪器的校正、地质勘探与地震监测、冶金分析、燃气具实验与热值分析、化肥工业仪器仪表校准等。
同时二氧化硫也作为一种食品添加剂，被广泛地用于食品加工中。