图$1$是以空气等为原料合成尿素【$CO(NH_{2})_{2}$】的流程（部分产物略去）.请分析流程并按要求回答相关问题.

$(1)X$是空气中含量最多的气体,其化学式是______.
$(2)$分离空气:分子筛是一种内部分布有均匀微小孔径的固体,可通过分子筛把空气中的氧分子吸入孔穴而与其它分子分离,则分子大小:氮分子______氧分子（选填"$\gt$""$=$"、"$\lt$"）.
$(3)$结合流程推测,$O_{2}$和煤反应的两个作用分别是①______；②______.
$(4)$科学家研制出"$TM-LiH$"双催化剂体系,显著提高了在温和条件下合成氨的效率,反应原理的微观示意图如图$2$所示,回答下列问题:
①保持氨气化学性质的微粒是______$(填化学名称)$.
②除催化剂外,该反应中不变的微粒是______$(填符号)$.
③结合图$2$,你认为催化剂在化学反应过程中______$(填"参与"或"不参与")$反应.