การเร่งปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นและตัวเร่งมีวัฏภาคต่างกัน เรียกว่า การเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ (heterogeneous catalysis) ปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ส่วนใหญ่นิยมใช้ตัวเร่งที่เป็นของแข็งในการเร่งปฏิกิริยาที่มีสารตั้งต้นที่อยู่ในวัฏภาคแก๊สหรือของเหลว ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยากันที่ผิวของตัว

         ปฏิกิริยาที่สำคัญ ๆ ในอุตสาหกรรมผลิตสารเคมีจะใช้การเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ เช่น การสังเคราะห์แอมโมเนีย การผลิตกรดไนตริก และการผลิตตัวเร่งกำจัดไอเสีย (catalytic converter) เป็นต้น

         ในที่นี้จะยกตัวอย่างสองตัวอย่าง ดังนี้

1. การสังเคราะห์แอมโมเนีย

         แอมโมเนียเป็นสารสำคัญชนิดหนึ่งที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตปุ๋ยเคมี การผลิตวัตถุระเบิด และอุตสาหกรรมอื่น ๆ อีกหลายอย่าง ซึ่งสารตั้งต้นที่ใช้ในการสังเคราะห์แอมโมเนีย ก็คือ แก๊สไนโตรเจน (ที่มีมากถึง 78 % ในอากาศ) และแก๊สไฮโดรเจน ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้ (by product) จากการกลั่นปิโตรเลียม และสามารถเตรียมได้ง่าย ๆ จากการผ่านไอน้ำไปบนถ่านหินที่เผาจนร้อนจัด ดังสมการ

         เมื่อ N₂ ทำปฏิกิริยากับ H₂ จะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนและได้ NH₃ เป็นผลิตภัณฑ์

         ปฏิกิริยานี้จะเกิดได้ช้ามากที่อุณหภูมิห้อง ถ้าเพิ่มอุณหภูมิให้สูงมากขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะสูงขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน แก๊ส NH₃ ที่ได้ก็จะสลายตัวเป็น N₂ และ H₂ ได้เร็วขึ้นด้วย ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ลดลง เมื่อเป็นเช่นนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการสังเคราะห์

การสังเคราะห์แอมโมเนียด้วยกระบวนการฮาเบอร์

         แอมโมเนียสามารถเตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่าง N₂ และ H₂ โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นเหล็กผสมกับโพแทสเซียมออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์ปริมาณเล็กน้อย และทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 500 ^oC ซึ่งเราเรียกกระบวนการนี้ว่า กระบวนการฮาเบอร์ (Haber process)

         ขั้นแรก โมเลกุลของ N₂ และ H₂ จะแตกตัวเป็นอะตอมบนผิวของโลหะ โดยอะตอมนี้จะสร้างพันธะยึดกับผิวของโลหะ ถึงแม้ว่าโมเลกุลของ N₂ และ H₂ จะมีสมบัติแตกต่างกันมากเมื่ออยู่บนผิวของโลหะตัวเร่ง (โดย N₂ จะแตกตัวเป็นอะตอม N ได้ที่อุณหภูมิสูง แต่ H₂ จะสามารถแตกตัวเป็นอะตอม H ได้แม้จะมีอุณหภูมิต่ำถึง -196 ^oC) โมเลกุลของสารทั้งสองก็ยังคงว่องไวต่อปฏิกิริยามาก

         ขั้นที่สอง อะตอมของ N และ H รวมตัวกันอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง เกิดเป็นโมเลกุลแก๊ส NH₃ ดังสมการ

ภาพแสดงการสังเคราะห์แอมโมเนียด้วยกระบวนการฮาเบอร์

2. การสังเคราะห์กรดไนตริก

            กรดไนตริก (nitric acid, HNO₃) เป็นกรดอนินทรีย์ที่ใช้ในการผลิตปุ๋ย สีย้อม และยา นิยมผลิตด้วยกระบวนการออสต์วอลด์ (Ostwald process) คือ การเผาแอมโมเนียกับออกซิเจนที่อุณหภูมิประมาณ 800 ^oC โดยใช้แพลทินัมและโรเดียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ดังสมการ

            ไนตริกออกไซด์ (NO) ถูกออกซิไดซ์โดยไม่มีตัวเร่ง ได้เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO₂) ดังสมการ

            เมื่อนำ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO₂) มาละลายในน้ำ จะได้กรดไนตรัส (HNO₂) และกรดไนตริก (HNO₃) ดังสมการ

            เมื่อนำสารละลายกรดผสมนี้ไปต้มหรือให้ความร้อน กรดไนตรัส (HNO₂) จะถูกออกซิไดซ์เป็นไนตริก (HNO₃) ดังสมการ

            แก๊ส NO ที่เกิดขึ้นนี้สามารถนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการเตรียมกรดไนตริก (ขั้นที่ 1) ได้อีก