在 298 K 时，有 2 mol N2(g)，始态体积为 15 dm3，保持温度不变，经过下列三个过程膨胀到终态体积为 50 dm3，计算各过程的 ΔU、ΔH、W 和 Q。设气体为理想气体。自由膨胀。反抗恒定外压 100kPa 膨胀。可逆膨胀。

步骤 1：自由膨胀
自由膨胀过程中，气体对外不做功，即 W = 0。由于过程是等温的，理想气体的内能仅与温度有关，因此 ΔU = 0。根据热力学第一定律，Q = ΔU + W，所以 Q = 0。
步骤 2：反抗恒定外压 100kPa 膨胀
反抗恒定外压膨胀过程中，气体对外做功，W = -P外(V终态 - V始态)。由于过程是等温的，理想气体的内能仅与温度有关，因此 ΔU = 0。根据热力学第一定律，Q = ΔU + W，所以 Q = W。
步骤 3：可逆膨胀
可逆膨胀过程中，气体对外做功，W = -nRT ln(V终态 / V始态)。由于过程是等温的，理想气体的内能仅与温度有关，因此 ΔU = 0。根据热力学第一定律，Q = ΔU + W，所以 Q = W。