工業氨合成的化學反應方程式為
N?(g)+3H?(g)=2NH?(g)（可逆反應）。
氨合成的化學反應的特點是：可逆放熱反應，反應后體積縮小。必須在有催化劑存在下，才具有實際工業生產意義。一般使用鐵催化劑，并以氧化鋁、氧化鉀為促進劑，一氧化碳、二氧化碳、氧、水蒸汽都能使催化劑暫時中毐。硫化物能使催化劑永久中毒。
反應壓力、溫度、氣體組成等對化學反應平衡及反應速度都有密切關系。由于合成氨的轉化率不高，大約10?16%之間，未反應的氫氮原料氣必須循環使用。
氨合成的工藝條件
1.壓強，提高壓力可以有利于提高平衡氨的嘗試，又有利于提高反應速度。
2.溫度，由于合成氨是可逆放熱反應，與S02催化氧化一樣有一個最佳反應溫度線，為了使反應始終保持在較高反應速度下進行。必須使實際反應溫度盡量控制在最合適的溫度下。
3.空間速度，空間速度是指單位時間內通過單位體積催化劑的氣體量。空間速度越大，接觸時間越短，反應后氣體中氨濃度降低，但是由于空速越大，通過合成塔催化劑的氣體量加大，氨的產量卻是增加的，但壓縮功耗增大，塔阻力增加，氨分離時冷量消耗加大等，空速大小應根據能耗、產量等技術經濟指標維持一個適宜值。
4.氣體組成，按反應的化學比H2/N2=3,但為了提高反應速度，實際生產中，希望氮過量些，H2c/N2=2.8左右。惰性氣體（中烷及氬）在新鮮原料氣體中含量甚少，但是由于它們不參加反應，在循環氣體中的含量越來越高，惰性氣體含量的增高對于化學平衡反應速度以及生成氨的分離都是不利的，一般惰性氣體的含量每降低1%,產量可增加1.8%,在生產中通過弛放部分循環氣體來減少惰性氣的含量。