【合成氨的化学方程式】合成氨是指通过化学反应将氮气（N₂）和氢气（H₂）转化为氨（NH₃）的过程，是工业上生产氨的重要方法。该反应由德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）在1909年首次实现，并因此获得了诺贝尔化学奖。这一过程不仅对农业发展具有重要意义，也对全球粮食供应产生了深远影响。
一、反应原理
合成氨的基本反应是：
$$ \text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3 $$
这是一个可逆反应，属于放热反应（ΔH < 0）。根据勒沙特列原理，降低温度有利于产物生成，但过低的温度会减缓反应速率；因此，在实际生产中需要在一定温度范围内进行，以达到较高的转化率和效率。
二、反应条件
为了提高氨的产率，工业上通常采用以下条件：
| 条件 | 具体参数 | 说明 |
| 温度 | 400–500°C | 高温促进反应速率，但不利于平衡向右移动 |
| 压强 | 200–300 atm | 高压有利于生成氨，但设备成本高 |
| 催化剂 | 铁基催化剂 | 提高反应速率，降低活化能 |
| 气体比例 | N₂:H₂ = 1:3 | 最佳比例有助于反应进行 |
三、反应特点
- 可逆性：反应在高温高压下进行，但未完全转化，需不断循环未反应的气体。
- 放热性：反应释放热量，需控制温度防止催化剂失活。
- 高效性：通过优化条件，氨的产率可达到较高水平，满足大规模工业需求。
四、应用与意义
合成氨技术是现代化工的重要组成部分，其主要用途包括：
- 制造化肥（如尿素、硝酸铵等），提高农作物产量；
- 生产炸药、塑料、医药等化工产品；
- 在能源领域用于氢气储存和运输。
五、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控制温度、压力和使用催化剂来提高产率。合成氨不仅推动了农业的发展，也为人类社会提供了重要的工业原料。
| 化学方程式 | N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ |
| 反应类型 | 可逆反应 |
| 热效应 | 放热 |
| 催化剂 | 铁基催化剂 |
| 最佳条件 | 400–500°C, 200–300 atm |
| 主要用途 | 农业肥料、化工原料 |
