硝酸铋的晶体中含有BiIII离子，它与三个二齿配体NO3?和三个H2O配位形成高配位离子。
硝酸铋在加热下会发生分解反应：Bi(NO3)3·5H2O在50～60℃分解为(Bi6O6)2(NO3)11(OH)·6H2O，在77～130℃继续分解为[Bi6O6](NO3)6·3H2O，最终在400～500℃变成α-Bi2O3。
当硝酸铋溶于水时，会生成不溶于水的碱式盐沉淀。浓硝酸溶液稀释时也会产生相同的沉淀。生成的碱式盐有：BiONO3、Bi2O2(OH)NO3和Bi6O4(OH)4(NO3)6·H2O。溶液中仍然存在[Bi6O4(OH)4]6+单元。
硝酸铋可以被强还原剂还原为单质铋，例如亚锡酸钠与硝酸铋反应：
3 Na2[Sn(OH)4] + 2 Bi(NO3)3 + 6 NaOH = 2 Bi↓ + 3 Na2[Sn(OH)6] + 6 NaCl
该反应在碱性条件下进行，产生黑色的金属铋沉淀。该反应可用于鉴定Sn2+和Bi3+。
硝酸铋对皮肤有腐蚀性，避免直接接触皮肤。
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