一、定義

1. 亦稱為觸媒，是一種會參與反應，可使反應速率變快的物質， 但反應前後本身質量、化性均不變，但物性（如：形狀、密度）則略為改變。
   【註】「抑制劑」舊稱「負催化劑」，為可使反應速率變慢的物質，高中課程不討論。

二、原理

1. 反應能量圖觀點：催化劑與反應物作用時，形成能量較低的活化複合體， 提供活化能較低的反應途徑。
   粒子動能分布曲線觀點：使低限能下降，故動能超過低限能的粒子數增加， 有效碰撞頻率增加，反應速率變快。
2. （圖示重點文字）
   反應能量圖：活化能下降；未添加催化劑的反應途徑；添加催化劑的反應途徑；反應物；生成物；反應過程；E₁、E₂。
   粒子動能分布圖：未添加催化劑反應的低限能；添加催化劑反應的低限能；門檻降低了；增加的粒子數；粒子數；動能。
   催化劑不會改變粒子動能分布曲線，但催化劑使低限能下降，超越低限能的粒子數增加，有效碰撞頻率增加，反應速率變快。

催化劑的原理

觀點	照實敘述
反應能量圖觀點	催化劑與反應物作用時，形成能量較低的活化複合體，提供活化能較低的反應途徑。 改變反應途徑，形成能量較低的活化複合體，使活化能降低（E1→E2），反應速率變快。 正、逆反應的活化能等量降低，正、逆反應速率等量增加。
粒子動能分布曲線觀點	使低限能下降，故動能超過低限能的粒子數增加，有效碰撞頻率增加，反應速率變快。 催化劑不會改變粒子動能分布曲線，但催化劑使低限能下降，超越低限能的粒子數增加，有效碰撞頻率增加，反應速率變快。

三、催化劑的性質與影響

1. 催化劑僅需少量即可加速反應的進行。
2. 催化劑可改變反應途徑，但無法改變反應物與生成物種類，故反應熱不受影響。
   【註】有極少數的反應會因催化劑的不同，而產生不同的生成物。
   CO + 3H₂ (Ni) → CH₄ + H₂O　；　 CO + 2H₂ (Cr₂O₃、ZnO) → CH₃OH
3. 催化劑具有選擇性：即某種催化劑可催化特定反應，但不一定能影響其他反應。
4. 加入催化劑與升高溫度的效應比較：
   【註】有效碰撞分率＝ 有效碰撞頻率 / 總碰撞頻率

加入催化劑與升高溫度的效應比較

因素	粒子動能分布曲線	活化能（低限能）	有效碰撞頻率	總碰撞頻率	有效碰撞分率
加入催化劑	不移動	降低	增加	不變	增加
升高溫度	向右移動	不變	增加	增加	增加

四、催化反應的種類

1. 均相催化反應：催化劑和反應物在同一相中反應，可均勻混合。（通常發生於氣相或液相）
2. 非均相催化反應：催化劑和反應物在不同相中反應。（催化劑通常為固體）
3. 例 哈柏法製氨非均相催化過程示意圖：
   (a) 氫氣與氮氣吸附在催化劑表面的活性部位上
   (b) 分子共價鍵變弱，分解成高反應性的原子
   (c) 高反應性的原子結合成 NH₃ 並脫離催化劑（催化劑可重複使用）
4. 小提醒－催化劑中毒：
   固態催化劑使用一段時間後，雜質可能沾附在催化劑表面上，導致催化劑逐漸失去活性，稱為催化劑中毒。例：汽油燃燒不完全時會產生碳粒，累積在汽車觸媒轉化器內，將使觸媒失去活性。

均相催化反應與非均相催化反應

項目	均相催化反應	非均相催化反應
意義	催化劑和反應物在同一相中反應，可均勻混合。（通常發生於氣相或液相）	催化劑和反應物在不同相中反應。（催化劑通常為固體）
特性	(1) 增加催化劑的濃度（或分壓），可使反應速率變快。 (2) 優點：較易增加碰撞頻率，催化效率佳。 缺點：催化劑不易回收重複使用。	(1) 增加接觸面積可使反應速率變快，故固體催化劑常製成粉末或多孔結構。 (2) 缺點：催化劑與反應物無法互溶，催化效率較差。 優點：易回收重複使用。 (3) 工業上許多製程常採用非均相催化反應。
常見實例	(1) 雙氧水分解 2H2O2(aq) (Br-(aq)) → 2H2O(l) + O2(g) 2H2O2(aq) (Fe2+(aq)、Fe3+(aq)) → 2H2O(l) + O2(g) （雙氧水滴加在傷口上，因血液中含有亞鐵離子，會加速其分解） (2) 臭氧層破壞 2O3(g) (Cl(g) 或 NO(g)) → 3O2(g)	(1) 雙氧水分解 2H2O2(aq) (MnO2(s)) → 2H2O(l) + O2(g) (2) 哈柏法製氨 N2(g) + 3H2(g) (Fe(s)) → 2NH3(g) (3) 汽車排氣管的觸媒轉化器以鉑或鈀金屬氧化物固體為催化劑，可加速將廢氣中的一氧化碳、氮的氧化物及碳氫化合物轉化成水、二氧化碳及氮氣後釋放。

五、酵素催化反應

1. 意義：酵素是生物體中的催化劑，又稱為酶。多數生物體因無法承受高溫，故主要是以催化劑的方式來提升反應速率。
2. 特性：
   (1) 酵素是由蛋白質所組成的巨大分子，其具有催化能力的部分稱為活性中心。
   (2) 與酵素作用的物質，稱為受質；酵素對於受質具有高度的專一性，即特定的酵素只能催化特定的受質。
   例① 澱粉水解酶就只能催化澱粉水解反應，但無法作用於同為多醣的纖維素。
   例② 好發於亞洲人的乳糖不耐症，也是由於體內缺乏乳糖酶的緣故。
   (3) 酵素對溫度和反應溶液的 pH 值均非常敏感。一般而言，溫度約為 25°C～45°C、pH 值約為 6～8 時，其活性較高。 大部分的酵素在 pH 值小於 5 時會失去活性，但也有例外，如胃蛋白酶在 pH 值約為 2 時活性較高。
3. 應用：
   (1) 酵素化學：研究酵素如何催化生化反應進行的科學，對於疾病的緣由及開發新藥，扮演重要的角色。
   例 藥廠用特定的合成酵素合成抗生素。
   (2) 工業和日常生活：
   例① 利用酵母菌將葡萄汁發酵來釀製葡萄酒。
   例② 洗衣粉中添加酵素以加速分解附著在衣物上的蛋白質、澱粉或脂肪漬。
   例③ 在嫩肉粉中加入木瓜蛋白酶，能加速蛋白質分解為較小的分子，使肉的口感更嫩滑。
   例④ 過氧化氫酶能催化過氧化氫，使其分解為水及氧氣。目前廣泛用於食品、紡織工業及用於以雙氧水清潔消毒後的隱形眼鏡，藉此除去殘留的過氧化氫。
   【註】影響反應速率因素總結：r = k[反應物]ⁿ；影響 k 的因素：反應物本性、溫度、催化劑、接觸面積（非均相反應）；影響 [反應物]：濃度（壓力）。