氢气和氮气在什么情况下产生氨气

氢气与氮气在高温高压条件下，加入铁催化剂时发生反应生成氨气。工业生产中，400-500摄氏度、200-300个大气压的环境下，两种气体分子被活化，氮气分子中的三键断裂，氢气分子解离，形成N-H键。哈伯-博施法利用这一原理，每年生产约1.5亿吨氨气，用于化肥和化工原料。反应容器必须耐高压，温度控制精确，确保转化效率达到最大化。

氨气合成需要特定的化学计量比，氢氮体积比为3:1时反应速率最快。催化剂表面吸附氮气分子，氢气分子逐步与之结合，形成NH、NH2中间体，最终释放氨气。现代工厂采用多段反应器，气体循环利用，单程转化率约为15-20%。反应放热，需及时移除热量防止催化剂失活。氨气合成是化学工业中能量密集型过程，全球能源消耗的1-2%用于此反应。