☆窒素と水素を鉄系触媒を用いて高温高圧下で反応させる
★窒素と水素を鉄系触媒を用いて高温高圧下で反応させる
Ｎ２＋３Ｈ２→２ＮＨ３
たとえば、ベンゼンに鉄を触媒として塩素を反応させるとクロロベンゼンが生成されますが、反応式内にＦｅは出てきません。（正の）触媒は反応時の活性化エネルギーを低くして反応をおこしやすくする物質です。→の上などに記載される場合もありますが、反応式そのものに加える必要はありません。
アンモニアは化学肥料などに利用されますが、現代人の体を構成する窒素の約半分は上記製法、ハーバー・ボッシュ法で生み出されたアンモニアに由来しています。
Ｎ２＋３Ｈ２⇔２ＮＨ３＋Ｑ
ところでこの反応(右向きの反応)は発熱反応です（Ｑ＞０）。ここでルシャトリエの原理を復習しておきます。ルシャトリエの原理は加えた変化をやわらげる方向に平衡が移動するというものでした。
１．温度を下げる
温度を下げると、温度が下がるのをやわらげる方向に平衡が移動します。このため発熱反応の方向、右向きに平衡が進みＮＨ３の生成量は増加します。
２．圧力を高くする
圧力を高くすると、圧力が高くなるのをやわらげる方向に平衡が移動します。圧力は運動している気体の分子が衝突することによって生じているので気体の分子数が減少すると圧力が減少することになります。左が１＋３＝４モル、右が２モルなので圧力が低くなる方向、分子数が減る方向つまり右方向に平衡が進みます。
低温・高圧にすれば右向きに平衡が進みＮＨ３の生成量は増加します。が、だからといって低温にすると反応速度が遅くなり過ぎ実用的でありません。
＜平衡定数とエントロピー（発展的事項）＞
体積２Ｖの容器を薄い板で隔てて、一方には圧力2Ｐ，体積Ｖの気体、一方は真空（圧力０、体積Ｖ）状態とする。＊
薄い板を取り去ると気体は拡散し圧力Ｐ、体積２Ｖとなる。＊＊
＊の状態に比べて＊＊の状態はエントロピーＳは大きい。
物理化学的変化は一般に、自然に放置するとエネルギーの小さな方向に、エントロピーは大きな方向に進む。
上記ではエネルギーは＊、＊＊で変化はないが、エントロピーは後者の方が大きく、エントロピーの大きな方向に、密から疎となる方向に、自然に進んだことになる。
自由エネルギー（Ｕ＋ＰＶ－ＴＳ）が小さくなる方向に進む。
内部エネルギーＵが小さくなる方向に、エントロピーＳが大きくなる方向に進む。
ちらばり具合、乱雑度を示すエントロピーがなぜエネルギーと関連するのか。上記の例でいえば、＊から＊＊の過程においてうまく工夫すれば熱を吸収して仕事ができるからである。（ΔＱ＝ＴΔＳ）
このように熱力学的な要素まで考慮すると化学エネルギーの変化だけでなく、自由エネルギーの変化分ΔＧ仕事ができるということである。ＡＴＰがＡＤＰになることによる自由エネルギーの減少分、何か他のエネルギーの必要な化学反応を進めることができるということである。
とはいっても、化学反応は自由エネルギーが少ない方向に完全に進むというものではない。平衡状態におちつく。
化学反応では、反応によっていままでなかった反応後の物質が出現又は増加し、いままであった反応前の物質が消失又は減少する。反応の進行度によって、それぞれの物質量は変化し、それぞれの分圧も変化する。反応の進行度によって、反応前、反応後の物質すべての自由エネルギーの総和は変化し、その最小値、自由エネルギーの最小値をとる点こそが平衡状態である。ΔＧ＝∫ＶΔＰ＝∫ｎＲＴ／ＰΔＰ＝ｎＲＴｌｎＰ＝ｎＲＴｌｎ（(ｎ／Ｖ)ＲＴ）などとするとわかるように、ｎ／Ｖは濃度であるから平衡定数で現れる［Ｃｘ］ｎの由来が示唆される。
平衡定数Ｋ＝［ＣＮＨ３］２／［ＣＮ２］１［ＣＨ２］３
ただし、温度によって平衡定数は変化する。
温度が一定で、たとえば圧力が２倍になるとそれぞれのｎ／Ｖは２倍となって２２／２・２３となり分母が分子に比べて大きくなりＮＨ３の生成量が増える方向に反応が進む。