【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。这种反应是典型的亲电取代反应，通常需要浓硫酸作为催化剂，并在一定温度下进行。
一、反应概述
甲苯与硝酸的反应属于硝化反应的一种，主要产物是硝基甲苯。根据反应条件的不同（如温度、硝酸浓度、催化剂等），可以得到不同的硝基取代产物。最常见的产物是邻硝基甲苯（o-硝基甲苯）和对硝基甲苯（p-硝基甲苯），而间硝基甲苯（m-硝基甲苯）则较少见。
硝化反应的基本原理是：硝酸在浓硫酸的作用下生成硝鎓离子（NO₂⁺），作为亲电试剂进攻甲苯环上的氢原子，从而形成硝基（-NO₂）取代产物。
二、反应方程式
以下是甲苯与硝酸在浓硫酸催化下的主要反应：
主要反应：
$$
\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_3 + \text{HNO}_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{C}_6\text{H}_4(\text{NO}_2)\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}
$$
该反应可生成两种主要产物：
1. 邻硝基甲苯（o-硝基甲苯）
2. 对硝基甲苯（p-硝基甲苯）
由于甲苯的甲基是一个邻对位定位基，因此硝基更倾向于进入甲基的邻位或对位。
三、反应产物总结表
| 产物名称 | 化学式 | 反应条件 | 特点说明 |
| 邻硝基甲苯 | C₆H₄(NO₂)CH₃ | 浓硝酸、浓硫酸、加热 | 硝基位于甲基的邻位 |
| 对硝基甲苯 | C₆H₄(NO₂)CH₃ | 浓硝酸、浓硫酸、加热 | 硝基位于甲基的对位 |
| 间硝基甲苯 | C₆H₄(NO₂)CH₃ | 较低温度、稀硝酸 | 硝基位于甲基的间位，产率较低 |
四、注意事项
1. 硝化反应过程中需控制温度，避免副反应或爆炸风险。
2. 浓硫酸不仅作为催化剂，还起到脱水作用，有助于硝酸生成硝鎓离子。
3. 甲苯的硝化反应是工业上制备硝基化合物的重要方法之一，广泛用于染料、药物和炸药的合成。
通过以上分析可以看出，甲苯与硝酸的反应是一个典型的硝化反应，其产物种类多样，应用广泛。了解这一反应的机理和条件，有助于更好地掌握有机化学中的亲电取代反应规律。