Почему при нитрировании органических соединений азотная кислота отдает ион NO2, а не NO3

потому что при формуле азотной кислотыв процессе нитрования, с неё отщепляется ион OH⁻, а с радикала H⁺, давая т.о. воду, и тогда присоединяется она к радикалу как R-NO2. Замещение водорода нитрогруппой.

NO₂ - не ион, это нейтральная нитрогруппа.
NO₃⁻ этот ион имеет отрицательный заряд.