请结合化学热力学相关的计算，解释为什么工业合成氨选择在400 ˚C和200个大气压下进行？

工业合成氨采用氢气和氮气在催化剂作用下发生化学反应生成氨气。从热力学角度来看,想要使反应获得更高的产率和速率,需要选择适当的温度和压力条件。

从反应热力学可知,在较高温度下,反应的自发性会增加,有利于反应进行。但是过高的温度会导致氨的分解反应加速,使得产率下降。综合考虑,400°C左右的温度比较适宜,介于氨生成反应和氨分解反应的温度区间,既使生成反应自发进行,又不致使分解反应过快。

同理,较高的反应压力有利于增大分子碰撞频率和机会,加快反应速率。200个大气压约相当于20MPa的压力,此压力下氢气和氮气的密度大幅增加,使它们的碰撞几率增大,有利于提高反应速率。但过高的压力需要更高成本的设备,同时也增加爆炸和安全隐患的风险。

综上,考虑到反应热力学、产率、经济与安全因素,400°C和200个大气压是氨合成工业化生产的比较理想选择。这个条件使反应自发进行且速率较快,生成的氨易于收集与提纯,同时也在工业上较易实现和控制,符合经济效益要求。

所以,从热力学角度结合工业实际,400°C和200个大气压是氨合成工艺选择的最优温度与压力条件。这一条件既满足化学反应的需要,也满足工业化生产的要求,使氨合成工艺获得较高效率与产量。