On parle de catalyse homogène quand le catalyseur se trouve dans la même phase que celle des réactifs et produits.
Souvent l'un des réactifs (ici $A$) forme avec le catalyseur (ici $C$) éventuellement un produit (ici $P_1$) et un intermédiaire (ici $X$), qui à son tour réagit avec le deuxième réactif (ici $B$) pour former éventuellement un produit (ici $P_2$) et restituer le catalyseur. Exemple 1: Étape de propagation dans la → Substitution radiacalaire sur les alcanes: $Br\cdot$ $ + $ $CH_4$ $\rightarrow$ $ CH_3\cdot$ $ +$ $ HBr$ $CH_3\cdot$ $ +$ $Br_2$ $ \rightarrow$ $ CH_3Br$ $+$ $ Br\cdot $ avec: $A$ $ =$ $ CH_4$ $C $ $=$ $ Br\cdot$ $B $ $=$ $ Br_2 $ $P_1$ $ =$ $ HBr$ $P_2 $ $=$ $ CH_3Br$ Exemple 2: Réaction entre iodure et peroxodisulfate en présence de traces du catalyseur $Fe^{3+}$:
$S_2O_8^{2-}$ $+$ $2Fe^{2+}$ $\longrightarrow$ $ 2SO_4^{2-}$ $+$ $2Fe^{3+}$ $2Fe^{3+}$ $+$ $2I^-$ $\longrightarrow$ $2Fe^{2+}$ $+$ $I_2$ avec: $A$ $ =$ $ S_2O_8^{2-}$ $C$ $ =$ $ Fe^{2+}$ $B $ $=$ $ I^- $ $P_1$ $ =$ $ SO_4^{2-}$ $P_2$ $ =$ $ I_2$
De multiples variantes sont possibles, par exemple: Dans le cas de → la réaction entre eau oxygénée et tartrate sodico-potassique les choses se compliquent encore:
1 Oxydation du catalyseur $Co^{2+}$ (rose) en $Co^{3+}$ 2 Formation d'un ion complexe tartratocobalt(III) (vert) 3 Oxydo-réduction: Tartrate et eau oxygénée sont oxydés en $H_2O$ et $CO_2$ $Co^{3+}$ est réduit en $Co^{2+}$ (rose) et ainsi restitué!
Les réactions détaillées sont
