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合成氨是人类有效利用高纯氮的主要途径，但要求很高。近年来，人们一直在努力找出植物固氮的机制，试图用化学方法模拟生物固氮，以便在温和的条件下开发利用空气中的氮资源。
氮气主要用于合成氨，反应为N2+3H2=2NH2(条件为高压、高温、催化剂。反应是可逆反应)或合成纤维(尼龙、腈纶)、合成树脂、合成橡胶等重要原料。氮气是一种营养元素，也可用于制作肥料。例如：碳酸氢铵NH4HCO3、氯化铵NH4Cl、硝酸铵NH4NO3等。
由于氮的化学惰性，常用于保护气体，如水果、食物和灯泡。为了防止某些物体暴露在空气中被氧气氧化，粮仓可以用高纯氮填充，使粮食不发霉、不发芽、长期保存。液氮也可用作深度冷冻剂。
氮气用作色谱仪等仪器的载气。作为铜管的明亮退火保护气体。激光气体与高纯氦、高纯二氧化碳一起用作激光切割机。
高纯氮气也用于食品保鲜保护气体。在化工行业，氮气主要用于保护气体、置换气体、清洗气体和安全气体。用作铝制品、铝型材加工、铝薄轧制等保护气体。用作回流焊和峰值焊接的保护气体，提高焊接质量。用作浮动玻璃生产过程中的保护气体，防止锡槽氧化。
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