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  氯酸鈉在強酸的溶液和適合的還原劑(例如過氧化氫、二氧化硫,或鹽酸)下進行還原反應,產生二氧化氯:  然而,這個化學反應對於消毒上的應用價值不大。生產消毒用的二氧化氯,大多數是用亞氯酸鹽—氯法:  或是亞氯酸鹽-鹽酸法:  後者的特點是它的化學製成品無氯氣以及產量高(用現代的生產機器,一般含量高於95%)。  最近,科學家又研究出了一種新的製備方法,在酸性溶液中用草酸(HCO)還原氯酸鹽,化學反應方程式為:  此法的最大特點是由於反應過程中生成的二氧化碳的稀釋作用,大大提高了生產及儲存、運輸的安全性。當二氧化氯的分壓超過6.6kPa時會發生爆炸。

  二氧化氯和氫氧化鈉反應,得到亞氯酸鈉和氯酸鈉。

  二氧化氯的主要用途在自來水的消毒,和麵粉與木質紙漿的漂白。  由於它能氧化及分解蛋白質,能很有效地對抗病毒、細菌和包括梨形鞭毛蟲(學名:)與隱孢子蟲(Cryptosporidium)等原生動物所引起的囊腫與卵囊。  從1956年比利時的布魯塞爾把自來水消毒劑由氯氣改成二氧化氯後,二氧化氯開始被廣泛地使用。  2005年8月,在襲擊紐奧良的颶風卡崔娜過後,二氧化氯就被用來清除被洪水淹沒後房屋上的危險黴菌。而中華民國政府也於2006年3月6日預告二氧化氯為自來水消毒劑。  近年也有應用於空調系統及空氣清新機的濾網,以為較多人使用的空間進行空氣消毒殺菌。  香港科技大學研究團隊研發出以有機微膠囊包裹二氧化氯的技術(Germagic),透過微膠囊慢慢釋放二氧化氯分子,可長效殺滅及抑制細菌病毒生長。

  該化合物已被欺詐性地用於治療多種疾病,包括兒童自閉症。一些人也聲稱可飲用二氧化氯溶液以預防及治療COVID-19。雖然二氧化氯能殺死COVID-19,但需在水溶液下才能殺滅,也不能服用及接觸面板。一些聲稱能殺滅COVID-19的配戴式產品含有二氧化氯,但其效能存疑。
二氧化氯是黃綠色的氣體,是氯的最穩定的氧化物,也是唯一大量生產的滷氧化物。二氧化氯在其液態時穩定,但若和一些特定物質接觸,也有爆炸的可能。 它在約−59°C 時凝結成亮橙色的晶體。作為氯的氧化物之一,它是一種極其強而有效的氧化劑,被用於水處理和漂白,近年也廣泛用於消毒。