Коротко — через принципы Ле-Шателье и термодинамику/кинетику.

1) Влияние температуры

Реакция N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 — экзотермическая (ΔH° ≈ −92 kJ на реакцию как записано). По правилу Ле-Шателье повышение температуры смещает равновесие в сторону поглощения тепла, т.е. влево (к реагентам). Формально это следует из уравнения Ван‑'t Hoff:
d(ln K)/dT = ΔH°/(R T^2).
Поскольку ΔH° < 0, при увеличении T число ln K уменьшается → константа равновесия K падает → равновесный выход NH3 снижается.Но при повышении температуры скорость реакции возрастает (меньший энергетический барьер преодолевается быстрее), особенно важен разрыв очень прочной связи N≡N; поэтому слишком низкая температура дала бы высокий термодинамиический выход, но практически нулевую скорость образования NH3.

2) Влияние давления

Реакция идет с уменьшением числа газовых молей: 4 моль газа (N2 + 3 H2) → 2 моль газа (2 NH3). Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молекул газа (вправо, к продукту) — т.е. увеличивает выход NH3. Константа Kp при заданной T не зависит от общего давления, но при увеличении суммарного давления частичные давления реагентов/продуктов изменяются и равновесие смещается согласно Ле-Шателье.Практически повышение давления выгодно для получения большего выхода за один проход.

3) Роль катализатора

Катализатор значительно повышает скорость достижения равновесия (снижает активационную энергию), особенно облегчая диссоциацию N2 — ключевое лимитирующее звено. Катализатор не меняет термодинамической константы равновесия и не смещает её; он лишь ускоряет приближение к этой равновесии и уменьшает время/температуру, требуемые для практичной скорости.

4) Почему промышленный процесс — компромисс

Низкая T → высокий термодинамический выход, но очень медленная кинетика (особенно разрыв N≡N). Очень высокая T → быстрая кинетика, но малый равновесный выход. Очень высокое давление → лучший выход, но огромные технические и экономические затраты (дорогие толстостенные реакторы, компрессоры, безопасность), рост коррозии и т.д. Катализатор позволяет опускать T по сравнению с некатализированным процессом, но не настолько, чтобы работать при комнатной температуре.

Поэтому Хабер–Бош использует средние параметры: типично T ≈ 400–500 °C и давления порядка 100–300 бар (точные числа зависят от технологии и катализатора). Эти параметры — компромисс:

достаточно высокая T для приемлемой скорости реакции (и для активности катализатора),достаточно высокое P для разумного равновесного выхода,при этом не настолько экстремальные, чтобы расходы на оборудование и эксплуатацию стали экономически неприемлемы.
Дополнительные приёмы улучшения эффективности: использование эффективных катализаторов (промоторы — K, Al2O3 и т.д. для железных катализаторов, или Ru‑катализаторы для более низких T), конденсация и удаление аммиака из смеси (сдвигает равновесие вправо), рециркуляция не прореагировавших газов (несколько проходов).

Итого: температура влияет на равновесие и кинетику в противоположных направлениях; давление смещает равновесие к продукту; катализатор ускоряет достижение равновесия, но не меняет его. Хабер‑Бош выбирает средние T и высокие (но технологически оправданные) P плюс каталитическую систему и рециркуляцию, чтобы получить экономически оптимальный выход аммиака.