甲苯和硝酸的硝化反应方程式为：C6H5CH3 + HNO3 → C6H5CH2NO2 + H2O。在这个反应中，甲苯（C6H5CH3）与硝酸（HNO3）反应生成硝基甲苯（C6H5CH2NO2）和水（H2O）。这是一个典型的芳香族硝化反应，硝基离子（NO2+）进攻甲苯分子的芳香环上的一个氢原子，形成一个中间体，该中间体随后分解，产生硝基甲苯和水分子。硝基甲苯的应用广泛，用于制造染料、药品、某些塑料和农药。