工业合成氨反应的化学方程式为：N₂+3H₂⇌2NH₃（催化剂、高温高压条件下）反应过程采用铁触媒（以铁为主混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。合成氨的反应特点（1）可逆反应；（2）正反应是放热反应；（3）正反应是气体体积减小的反应。
在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335kJ/mol。
催化剂的催化能力一般称为催化活性。
催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。