【甲苯和硝酸反应方程式】甲苯是一种常见的芳香烃，化学式为C₇H₈。在有机化学中，甲苯常与硝酸发生硝化反应，生成硝基甲苯。该反应属于亲电取代反应的一种，是制备硝基化合物的重要方法之一。
在硝化反应中，硝酸作为硝化试剂，在浓硫酸的催化作用下，产生硝鎓离子（NO₂⁺），作为亲电试剂进攻甲苯中的苯环，从而引入硝基（-NO₂）。
一、反应概述
| 反应类型 | 硝化反应 |
| 反应物 | 甲苯（C₇H₈）、硝酸（HNO₃） |
| 催化剂 | 浓硫酸（H₂SO₄） |
| 产物 | 硝基甲苯（C₇H₇NO₂） |
| 反应条件 | 高温、浓硫酸存在下 |
二、反应方程式
甲苯与硝酸在浓硫酸的存在下发生硝化反应，主要生成邻硝基甲苯和对硝基甲苯，少量为间硝基甲苯。由于甲基是邻对位定位基，因此硝基主要进入邻位和对位。
主反应方程式：
$$
\text{C}_7\text{H}_8 + \text{HNO}_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{C}_7\text{H}_7\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}
$$
具体产物：
| 产物名称 | 化学式 | 说明 |
| 邻硝基甲苯 | C₇H₇NO₂ | 主要产物，硝基在甲基邻位 |
| 对硝基甲苯 | C₇H₇NO₂ | 次要产物，硝基在甲基对位 |
| 间硝基甲苯 | C₇H₇NO₂ | 少量生成 |
三、反应机理简述
1. 硝酸与浓硫酸作用生成硝鎓离子（NO₂⁺）
$$
\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NO}_2^+ + \text{HSO}_4^- + \text{H}_2\text{O}
$$
2. 硝鎓离子进攻甲苯的苯环
硝鎓离子作为亲电试剂，攻击甲苯的苯环，形成σ-络合物。
3. 失去质子，生成硝基甲苯
σ-络合物失去一个质子，完成硝化反应，生成硝基甲苯。
四、注意事项
- 反应温度较高，需控制反应条件以避免副反应。
- 硝酸浓度和硫酸比例会影响硝基的位置和产率。
- 实验中应做好防护措施，避免接触强酸和有毒气体。
通过上述内容可以看出，甲苯与硝酸的反应是一个典型的硝化反应，广泛应用于有机合成领域，特别是在生产染料、药物和高分子材料的过程中具有重要意义。
