将压力为 101.3kPa,温度为 268.2K的过冷液态苯,凝固成同温、同压 的固态苯。已知苯的凝固点温度为278.7K,如何设计可逆过程?

本题考查状态函数的性质以及如何设计可逆过程来计算不可逆过程的热力学函数变化值。解题的关键在于利用状态函数的性质，即异途同归，值变相等。因为过冷液态苯凝固成固态苯是一个不可逆过程，直接计算其热力学函数变化比较困难，所以我们可以设计一个包含多个可逆步骤的过程，使得最终的始态和终态与原不可逆过程相同，然后分别计算每个可逆步骤的热力学函数变化值，最后将它们相加，就可以得到原不可逆过程的热力学函数变化值。

具体设计的可逆过程如下：

1. 等压可逆升温过程：
   过冷液态苯在等压（$p = 101.3kPa$）条件下，从初始温度 $T_1=268.2K$ 可逆升温到苯的凝固点温度 $T_2 = 278.7K$，即 $C_6H_6(l,268.2K,101.3kPa)\xrightarrow{等压可逆升温}C_6H_6(l,278.7K,101.3kPa)$。
2. 等压可逆相变过程：
   液态苯在等压（$p = 101.3kPa$）和凝固点温度 $T_2 = 278.7K$ 下，可逆地凝固成固态苯，即 $C_6H_6(l,278.7K,101.3kPa)\xrightarrow{等压可逆相变}C_6H_6(s,278.7K,101.3kPa)$。
3. 等压可逆降温过程：
   固态苯在等压（$p = 101.3kPa$）条件下，从凝固点温度 $T_2 = 278.7K$ 可逆降温到最终温度 $T_1 = 268.2K$，即 $C_6H_6(s,278.7K,101.3kPa)\xrightarrow{等压可逆降温}C_6H_6(s,268.2K,101.3kPa)$。

根据状态函数的性质，原不可逆过程 $C_6H_6(l,268.2K,101.3kPa)\to C_6H_6(s,268.2K,101.3kPa)$ 的热力学函数变化值 $\Delta U$、$\Delta H$、$\Delta S$ 等等于上述三个可逆过程的热力学函数变化值之和，即 $\Delta U=\Delta U_1+\Delta U_2+\Delta U_3$，$\Delta H=\Delta H_1+\Delta H_2+\Delta H_3$，$\Delta S=\Delta S_1+\Delta S_2+\Delta S_3$ ，其中 $\Delta U_1$、$\Delta H_1$、$\Delta S_1$ 分别是等压可逆升温过程的热力学能、焓和熵的变化值；$\Delta U_2$、$\Delta H_2$、$\Delta S_2$ 分别是等压可逆相变过程的热力学能、焓和熵的变化值；$\Delta U_3$、$\Delta H_3$、$\Delta S_3$ 分别是等压可逆降温过程的热力学能、焓和熵的变化值。