【合成氨的化学方程式】合成氨是工业上制取氨气（NH₃）的重要过程，主要用于化肥生产。该反应由德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）于1909年发明，后经卡尔·博施（Carl Bosch）改进，成为现代化工中重要的技术之一。这一过程被称为“哈伯-博施法”，其核心是通过氮气和氢气在高温高压下催化反应生成氨气。
以下是合成氨的主要化学反应及其相关参数的总结：
一、化学反应方程式
合成氨的基本化学反应为：
$$
\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3
$$
这是一个可逆反应，且为放热反应。反应过程中需要特定的条件才能实现较高的产率。
二、反应条件与影响因素
为了提高氨的产率，需控制以下关键因素：
| 因素 | 说明 |
| 温度 | 高温有利于反应速率，但不利于平衡向产物方向移动；通常采用400–500℃ |
| 压力 | 高压有利于反应向产物方向移动；一般使用200–300 atm |
| 催化剂 | 使用铁基催化剂（如Fe₃O₄）以加快反应速率 |
| 气体比例 | 氮气与氢气的体积比为1:3，符合化学计量比 |
| 反应物浓度 | 不断移除产物（如液态氨）有助于提高转化率 |
三、反应特点
1. 可逆性：反应在一定条件下可以正向或逆向进行。
2. 放热性：反应释放热量，需及时散热以避免温度过高影响催化剂活性。
3. 气体体积变化：反应前后气体体积减少，因此高压有利于产物生成。
4. 工业应用广泛：合成氨是制造尿素、硝酸等化工产品的重要原料。
四、总结
合成氨的化学方程式为：
$$
\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3
$$
该反应在工业上通过哈伯-博施法实现，需要适宜的温度、压力、催化剂及气体比例。虽然高温能加快反应速度，但会降低产率；而高压则有助于提高产率。通过不断优化反应条件，工业上已能高效地生产出大量氨气，满足农业和工业的需求。
表格总结：合成氨的关键信息
| 项目 | 内容 |
| 化学方程式 | N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ |
| 反应类型 | 可逆、放热 |
| 反应条件 | 温度：400–500°C；压力：200–300 atm；催化剂：铁基 |
| 气体比例 | N₂ : H₂ = 1 : 3 |
| 工业名称 | 哈伯-博施法 |
| 应用 | 化肥、硝酸、有机化合物等 |
通过合理调控反应条件，合成氨已成为现代化工体系中的重要环节，对全球粮食生产和经济发展具有深远影响。