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水溶液为无色透明液体，溶于水、醇、乙醚，不溶于石油醚。[2]纯的过氧化氢是一种淡蓝色粘稠状液体。[3]
纯过氧化氢是淡蓝色的粘稠液体，熔点-0.43 °C，沸点150.2 °C，必须是纯的，由于纯的过氧化氢其分子构型改变，所以熔沸点也发生变化。凝固点时固体密度为1.71g/cm3，密度随温度升高而减小。它的缔合程度比H2O大，所以它的介电常数和沸点比水高。纯过氧化氢比较稳定，若加热到153 °C便猛烈的分解为水和氧气。
纯过氧化氢
过氧化氢分子为椅型结构，左图为气态时的结构，右图为固态晶体时的结构
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