本文拟结合复合式热力学平衡常数[1]，通过相关物质化学势的计算，探究25℃、敞口反应器内化学反应
“①H2(g)+I2(s)=2HI(g)”自发性，供参考.
已知25℃时，HI(g)的ΔfGθm=1.7kJ·mol-1.
1. 复合式热力学平衡常数（Kθ）
反应①的复合式热力学平衡常数表示式，参见如下式（1）所示：
（1）
式（1）中“peq(HI,g)、peq(H2,g)”分别表示HI(g)及H2(g)的平衡分压；
“neq(I2,s)”表示I2(s)的平衡物质的量；另：pθ=100kPa、nθ=1mol，下同.
经热力学计算可得：Kθ（298.15K）=0.2537.
2. 相关物质标准化学势及化学势的计算
2.1 相关物质的平衡物质的量及平衡分压
设敞口容器外压恒定为100kPa，反应器仅包含H2与HI两种气体;
并设初始时刻H2(g)、I2(s)及HI(g)的物质的量分别为2mol、5mol与1mol.
①H2(g) + I2(s) = 2HI(g)
初始/mol 2 5 1
平衡/mol 2-x 5-x 1+2x
neq(g)=2-x+1+2x=3+x(mol)
peq(H2,g)={(2-x)/(3+x)}·pθ
peq(HI,g)={(1+2x)/(3+x)}·pθ
neq(I2,s)=5-x (mol)
将相关条件代入式（1），并整理可得：
由上式可解得：x=0.6614
则：peq(H2,g)={(2-x)/(3+x)}·pθ=36.5598kPa
peq(HI,g)={(1+2x)/(3+x)}·pθ=63.4402kPa
neq(I2,s)=5-x =4.3386(mol)
2.2 相关物质标准化学势（μθ）的计算
依热力学基本原理，并代入相关数据可得：
μθ(H2,g)=-RT·ln{peq(H2,g)/pθ}=-8.314J·mol-1·K-1×298.15K·ln{36.5598kPa/100kPa}=2.4942kJ·mol-1
μθ(HI,g)=-RT·ln{peq(HI,g)/pθ}=-8.314J·mol-1·K-1×298.15K·ln{63.4402kPa/100kPa}=1.1280kJ·mol-1
μθ(I2,s)=-RT·ln{neq(I2,s)/pθ}=-8.314J·mol-1·K-1×298.15K·ln{4.3386mol/1mol}=-3.6378kJ·mol-1
则：ΔrGθm=2·μθ(HI,g)-μθ(H2,g)-μθ(I2,s)
=2×1.1280kJ·mol-1-2.4942kJ·mol-1-(-3.6378kJ·mol-1)
=3.3996kJ·mol-1 （2）
2.3 相关物质化学势（μ）的计算
由分压定律可得初始时刻：
p(H2,g)={2/3}·pθ=66.6667kPa
p(HI,g)={1/3}·pθ=33.3333kPa
另：n(I2,s)=5mol
依热力学基本原理，并代入相关数据可得：
μ(H2,g)=μθ(H2,g)+RT·ln{p(H2,g)/pθ}
=2.4942kJ·mol-1+8.314J·mol-1·K-1×298.15K·ln{66.6667kPa/100kPa}
=1.4892kJ·mol-1
μ(HI,g)=μθ(HI,g)+RT·ln{p(HI,g)/pθ}
=1.1280kJ·mol-1+8.314J·mol-1·K-1×298.15K·ln{33.3333kPa/100kPa}
=-1.5955kJ·mol-1
μ(I2,s)=μθ(I2,s)+RT·ln{n(I2,s)/pθ}
=-3.6378kJ·mol-1+8.314J·mol-1·K-1×298.15K·ln{5mol/1mol}
=0.3517kJ·mol-1
则：ΔrGm=2·μ(HI,g)-μ(H2,g)-μ(I2,s)
=2×（-1.5955kJ·mol-1）-1.4892kJ·mol-1-0.3517kJ·mol-1
=-5.0319kJ·mol-1 ＜0 （3）
式(3)结果显示，25℃、敞口反应器内HI(g）气体的生成反应可自发进行。
3. 结论
对于25℃、敞口反应器内化学反应“H2(g)+I2(s)=2HI(g)”，用相关物质标准化学势及化学势计算得到：
⑴ΔrGθm=3.3996kJ·mol-1；
⑵ΔrGm=-5.0319kJ·mol-1.
参考文献
[1]余高奇.标准化学势与复合式热力学平衡常数的热力学关系.科学网博客,2025,3,26.
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自余高奇科学网博客。
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