【工业合成氨的化学方程式是什么?】工业合成氨是现代化工生产中的重要过程，主要用于制造化肥、硝酸等化工产品。该过程由德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）于1909年发明，并由卡尔·博施（Carl Bosch）进一步实现工业化，因此也被称为“哈伯-博施法”。
合成氨的基本原理是通过氮气和氢气在高温、高压和催化剂的作用下反应生成氨气。这一过程不仅对农业生产有重要意义，也是现代工业发展的重要基础。
一、工业合成氨的化学反应
工业上合成氨的主要反应如下：
$$
\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3
$$
这是一个可逆反应，且为放热反应。为了提高氨的产率，工业上通常采用高温、高压条件，并使用铁基催化剂来加快反应速率。
二、关键参数与工艺条件
| 项目 | 参数 |
| 反应式 | $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$ |
| 反应类型 | 可逆反应、放热反应 |
| 温度 | 约400–500°C |
| 压力 | 约200–500 atm |
| 催化剂 | 铁基催化剂（如Fe₃O₄） |
| 气体比例 | 氮气与氢气按1:3混合 |
| 产物 | 氨气（NH₃） |
三、工艺流程简述
1. 原料气制备：从空气中分离出氮气，从天然气或石油中提取氢气。
2. 气体净化：去除杂质气体，如硫化物、一氧化碳等。
3. 压缩：将氮气和氢气压缩至所需压力。
4. 合成反应：在高温高压条件下，气体通过催化剂床层进行反应。
5. 冷却与分离：反应后的气体冷却，氨被液化并分离出来。
6. 循环利用：未反应的氮气和氢气被回收再利用。
四、意义与影响
工业合成氨技术极大地提高了农业产量，支撑了全球粮食安全。同时，它也为化工、医药等行业提供了重要的原料。然而，该过程能耗高、碳排放量大，因此近年来也在探索更加环保和节能的合成路径。
总结：工业合成氨的化学方程式为 $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$，其核心在于高温、高压和催化剂的共同作用。这一技术不仅推动了农业现代化，也深刻影响着全球工业发展。
