催化剂是一种它能够加速反应的速率而自身不改变物质.它能够诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或者在较低的温度环境下进行化学反应.在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应.
催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用催化剂.例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂.
目前认为,合成氨反应的一种可能机理,首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附,使氮原子间的化学键减弱.接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用,在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨.上述反应途径可简单地表示为：
xFe
+ N2→FexN
FexN +［H］吸→FexNH
FexNH +［H］吸→FexNH2
FexNH2
＋［H］吸FexNH3xFe+NH3
在无催化剂时,氨的合成反应的活化能很高,大约335
kJ/mol.加入铁催化剂后,反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行.第一阶段的反应活化能为126 kJ/mol～167
kJ/mol,第二阶段的反应活化能为13 kJ/mol.由于反应途径的改变（生成不稳定的中间化合物）,降低了反应的活化能,因而反应速率加快了.