催化劑是一種它能夠加速反應的速率而自身不改變物質.它能夠誘導化學反應發(fā)生改變,而使化學反應變快或者在較低的溫度環(huán)境下進行化學反應.在有催化劑的環(huán)境下,分子只需較少的能量即可完成化學反應.
催化劑在現(xiàn)代化學工業(yè)中占有極其重要的地位,現(xiàn)在幾乎有半數(shù)以上的化工產品,在生產過程里都采用催化劑.例如,合成氨生產采用鐵催化劑,硫酸生產采用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產中,都采用不同的催化劑.
目前認為,合成氨反應的一種可能機理,首先是氮分子在鐵催化劑表面上進行化學吸附,使氮原子間的化學鍵減弱.接著是化學吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用,在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨.上述反應途徑可簡單地表示為：
xFe
+ N2→FexN
FexN +［H］吸→FexNH
FexNH +［H］吸→FexNH2
FexNH2
＋［H］吸FexNH3xFe+NH3
在無催化劑時,氨的合成反應的活化能很高,大約335
kJ/mol.加入鐵催化劑后,反應以生成氮化物和氮氫化物兩個階段進行.第一階段的反應活化能為126 kJ/mol～167
kJ/mol,第二階段的反應活化能為13 kJ/mol.由于反應途徑的改變（生成不穩(wěn)定的中間化合物）,降低了反應的活化能,因而反應速率加快了.