1) Как так получается, что вода и лед при температуре 0°C могут находится вместе, оставаясь в своих агрегатных состояниях? 2) Если нагревать данную систему, состоящую из куска льда и воды, то сначала тепло уйдет на таяние льда, а затем уже на нагревание суммарной воды?

Чтобы воде замерзать, ей надо отдавать энергию. Это возможно, если t воздуха будет хоть немного меньше 0 гр. Он возьмет тепло. Не могут соприкасаться тела разной температуры. А чтобы лед таял, ему нужна энергия, которую он может взять только у воздуха с тем-рой немного, но выше 0 гр. Если температура выше нуля, то вода и лед будут получать энергию вода для нагревания, лед для плавления одновременно. Но чуть вода нагреется, лед будет забирать энергию и у нее, т. к. его темп.=0, а воды чуть больше. У всей окружающей среды. Вода, соприкасаясь с более теплым воздухом, опять заберет у него энергию и так до теплового равновесия, когда вода и воздух станут одной температуры.