芳烃硝化反应的机理研究目前还存在争论。本论文从硝化反应的活性进攻试剂，硝酰阳离子（NO₂⁺）的结构和反应特性出发，对有关硝化反应的理论提出一些新见解。 精确的量子化学计算表明，NO₂⁺是对称直线构型，其键长短于一般的N-O键，它的对称伸缩振动位于1396cm^-1处，具有很强的拉曼效应。NO₂⁺的生成热很大，通过与NO₂和NO₂^-的对比可知，NO₂⁺具有很强的夺电子能力。它通过弯曲变形可以获得更大的夺电子能力。作为Lewis酸，NO₂⁺可与各种溶剂分子或负离子发生载体化作用，从而降低体系中游离NO₂⁺的浓度，强酸可以阻止NO₂⁺的载体化作用。各种硝化剂其实就是NO₂⁺的载体化物，而游离NO₂⁺的生成就是H⁺将NO₂⁺从其载体化物中置换出来的过程。 NO₂⁺与苯分子反应，首先通过电子转移形成一个自由基对配合物，然后经重排反应生成σ配合物，后者失去H⁺产生硝基化合物。NO₂⁺与氯苯或甲苯反应可以生成四种不同的自由基对配合物，它们的稳定性及重排反应活性将决定产物分布。芳环上取代基性质对产物分布的可调性具有重要的影响。O₃-NO₂体系的硝化反应中，产生了游离的芳烃正离子自由基（ArH⁺），其产物分布决定于ArH⁺上的自旋密度分布。 本论文采用拉曼光谱测定了20℃～40℃时HNO₃-H₂SO₄-H₂O混酸体系中NO₂⁺的浓度以及硝酸的分解率，并将测定结果以三角形图表示。从理论上探讨了硝酸100％和0％两条等分解线的位置，并指出在低酸度区域，硝酸与硫酸按1：1的系数进行反应；在高酸度区域，则按1：2的系数进行反应。通过混酸三角形图可以研究硝化反应过程中体系物系点的变化，根据分析，本文推荐两种不包含配酸操作的方法。即将硝酸和硫酸中的一种作为溶剂首先与有机物混合，而将另一种滴加进入反应体系，这样可避免体系中NO₂⁺浓度发生波动。