2018-2019學年高中化學 第一章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律 1.2.1 化學能轉(zhuǎn)化為電能學案 新人教版必修2.doc

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第1課時化學能轉(zhuǎn)化為電能一、能源與火力發(fā)電1一次能源和二次能源(1)一次能源：直接從自然界取得的能源。如太陽能、風能、地熱能、水力、潮汐、原煤、石油、天然氣、天然鈾礦等。(2)二次能源：一次能源經(jīng)過加工，轉(zhuǎn)換得到的能源。如電能、蒸汽能、機械能等。2火力發(fā)電化學能間接轉(zhuǎn)化為電能(1)火力發(fā)電的原理首先通過化石燃料燃燒，使化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。(2)能量轉(zhuǎn)換過程化學能熱能機械能電能(3)火力發(fā)電的弊端化石燃料屬于不可再生資源，用化石燃料發(fā)電會造成資源的浪費?；鹆Πl(fā)電的過程中，能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，利用率低，能量損失大?；剂先紵龝a(chǎn)生大量的有害物質(zhì)(如SO2、CO、NO2、粉塵等)，污染環(huán)境?；鹆Πl(fā)電是通過氧化還原反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)化為電能的一種間接方式，在其過程中，燃燒是使化學能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵。例1下列敘述不正確的是()A根據(jù)一次能源和二次能源的劃分，氫氣為二次能源B電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源C火力發(fā)電是將燃料中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的過程D在火力發(fā)電過程中，化學能轉(zhuǎn)化為熱能實際上是氧化還原反應(yīng)發(fā)生的過程，伴隨著能量的變化答案C解析氫氣不能從自然界中直接取得，是二次能源，A正確；電能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B正確；以煤為燃料，火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程：(煤)化學能熱能機械能電能，故C錯誤，D正確。二、原電池化學能直接轉(zhuǎn)化為電能1實驗探究實驗步驟解釋或說明鋅與稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，而銅則不能鋅與稀硫酸反應(yīng)，但氫氣在銅片上產(chǎn)生，導線中有電流鋅與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但導線中無電流乙醇是非電解質(zhì)，與鋅、銅都不反應(yīng)2.原電池的概念原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；原電池的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。3原電池的構(gòu)成條件理論上，自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。具體條件是：(1)具有活動性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬)。(2)溶液：兩電極均插入電解質(zhì)溶液中。(3)導線：兩電極用導線相連，形成閉合回路。4原電池的工作原理(1)分析下圖并填空原電池總反應(yīng)式：Zn2H=Zn2H2；(2)能量轉(zhuǎn)化：化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?原電池工作原理的應(yīng)用(1)比較金屬活動性原電池中，作負極的金屬活動性一般比作正極的金屬活動性強。(2)改變化學反應(yīng)速率如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時，滴加少量CuSO4溶液，則Zn置換出的銅和鋅構(gòu)成原電池的正負極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率。(3)設(shè)計原電池如：把Fe2Fe3=3Fe2設(shè)計成原電池，可用Fe作負極，銅(或石墨)作正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質(zhì)溶液。例2如圖所示裝置能夠組成原電池的是_。其他不能構(gòu)成原電池的說明理由：_?？键c能源與構(gòu)成的原電池條件題點原電池的形成條件與判斷方法答案EFGA裝置的兩個電極的活潑性相同，電子不會流動形成電流；B裝置為非電解質(zhì)溶液，不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)；C裝置電解質(zhì)溶液在兩個分開的裝置中，不成形成閉合回路；D裝置無導線連接電極，不能形成閉合回路。它們均不能構(gòu)成原電池思維啟迪原電池的判定方法：一看反應(yīng)原理(能否自發(fā)地進行氧化還原反應(yīng))；二看構(gòu)成條件(兩極一液成回路：兩個活潑性不同的電極，插入電解質(zhì)溶液中，裝置形成閉合回路)。例3如圖所示電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時A極的質(zhì)量減小，B極上有氣泡產(chǎn)生，C為電解質(zhì)溶液，下列說法錯誤的是()AB極為原電池的正極BA、B、C分別可以為Zn、Cu和稀鹽酸CC中陽離子向A極移動DA極發(fā)生氧化反應(yīng)考點原電池工作原理及正負極的判斷題點原電池工作原理答案C解析原電池中，負極金屬失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)溶解，質(zhì)量減小，故A極為負極，B極為正極，A、D項正確；A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸時，可以構(gòu)成原電池，且現(xiàn)象符合題意，B項正確；電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極，C項錯誤。例4某原電池的離子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，該原電池正確的組成是()選項正極負極電解質(zhì)溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2考點原電池原理的應(yīng)用題點設(shè)計原電池答案C解析將ZnCu2=Zn2Cu拆開兩個半反應(yīng)：氧化反應(yīng)(負極反應(yīng))：Zn2e=Zn2。還原反應(yīng)(正極反應(yīng))：Cu22e=Cu。則電池的負極是Zn，正極是比鋅不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘伲娊赓|(zhì)溶液中含Cu2。方法技巧設(shè)計原電池的方法(1)依據(jù)：已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)選擇合適的材料電極材料：電極材料必須導電。負極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負極反應(yīng)。原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理是1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源()(2)NaOHHCl=NaClH2O是放熱反應(yīng)，可以設(shè)計成原電池()(3)原電池中的陽離子由負極區(qū)向正極移動()(4)在Zn|稀硫酸|Cu原電池中，電子由鋅通過導線流向銅，再由銅通過電解質(zhì)溶液到達鋅()(5)把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴CuCl2溶液，氣泡放出速率加快()考點原電池工作原理題點原電池的綜合應(yīng)用答案(1)(2)(3)(4)(5)2(2017北京101中學期中)下列設(shè)備工作時，將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是()ABCD鋰離子電池太陽能集熱器燃氣灶硅太陽能電池考點能源與構(gòu)成原電池的條件題點能量的轉(zhuǎn)化方式答案A解析A項，鋰離子電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能，故正確；B項，太陽能集熱器是把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，故錯誤；C項，燃燒是放熱反應(yīng)，是把化學能轉(zhuǎn)化為熱能，故錯誤；D項，硅太陽能電池是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，故錯誤。3(2017湖南郴州適應(yīng)性測試)如圖為某興趣小組制作的番茄電池，下列說法正確的是()A電子由銅通過導線流向鋅B該裝置是將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置C鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)D電流由鋅通過導線流向銅考點原電池工原理和正負極的判斷題點原電池工作原理答案C解析A項，銅作正極，鋅作負極，因此電子由鋅流向銅，故錯誤；B項，該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能，故錯誤；C項，鋅作負極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，故正確；D項，電子與電流的方向相反，因此電流由銅極流向鋅極，故錯誤。4下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是()ABCD考點原電池原理的應(yīng)用題點金屬腐蝕快慢的比較答案B解析中的鋅作負極，腐蝕速率最快；中的鋅與外界不接觸，腐蝕速率最慢；中的鋅作正極，腐蝕速率比中的鋅要慢；因此腐蝕速率由慢到快的順序為，故B正確。5在銅鋅原電池中(如下圖)，以硫酸銅為電解質(zhì)溶液，鋅為_極，電極上發(fā)生的是_(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為_。鋅片上觀察到的現(xiàn)象為_；銅為_極，電極上發(fā)生的是_(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式_；銅片上觀察到的現(xiàn)象為_，原電池總反應(yīng)的離子方程式為_?？键c原電池工作原理和正負極的判斷題點?？级嘧兊匿\銅原電池答案負氧化Zn2e=Zn2鋅片溶解正還原Cu22e=Cu銅極變粗ZnCu2=Zn2Cu解析CuSO4為電解質(zhì)溶液時，銅鋅原電池的負極為鋅，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2，所以鋅片不斷溶解，正極為銅，電極反應(yīng)式為Cu22e=Cu，所以銅極不斷變粗，原電池總反應(yīng)式為ZnCu2=Zn2Cu。對點訓練題組一一次能源和二次能源1下列有關(guān)能源的說法錯誤的是()A風能是人類通過風車等工具獲取的能源，但屬于一次能源B在即將到來的新能源時代，核能、太陽能、氫能將成為主要能源C月球土壤中含有豐富的質(zhì)量數(shù)為3的氦，它可作為未來核能的重要原料D原電池把化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，所以由原電池提供的電能是一次能源考點能源與構(gòu)成原電池的條件題點能源的分類答案D解析風能是直接從自然界中取得的能源，屬于一次能源，A正確；原電池提供的電能是由化學能轉(zhuǎn)化而得到的，不是直接獲得的，屬于二次能源，D錯誤；隨著時代的發(fā)展，化石能源逐漸枯竭，所以新能源時代污染小的核能、太陽能、氫能將成為主要能源，B、C正確。2下面是有關(guān)各種形式能量的相互轉(zhuǎn)化途徑的敘述，其中錯誤的是()A家庭液化氣灶將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮蹷燈泡將電能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽蹸光合作用將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能D太陽能電池將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芸键c能源與構(gòu)成原電池的條件題點能量的轉(zhuǎn)化方式答案B解析燈泡除了將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽苤?，還轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿绕渌问降哪堋ｎ}組二化學能轉(zhuǎn)化為電能3如圖所示各裝置中，不能構(gòu)成原電池的是(燒杯中所盛液體都是稀硫酸)()考點能源與構(gòu)成原電池的條件題點原電池的形成條件與判斷答案D解析原電池的形成條件包括活動性不同的電極、電解質(zhì)溶液、形成閉合回路、自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)。對圖示各個裝置進行觀察，發(fā)現(xiàn)只有D不能形成閉合回路，因此不能形成原電池。4下列關(guān)于原電池的敘述，正確的是()A構(gòu)成原電池的正極和負極材料必須是兩種活潑性不同的金屬B原電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C在原電池中，電子流出的一極是負極，該電極被還原D原電池放電時，電流的方向是從負極到正極考點原電池工作原理和正負極的判斷題點原電池構(gòu)成和原理的理解答案B解析構(gòu)成原電池的正極和負極可以是兩種活潑性不同的金屬，也可以是導電的非金屬(如石墨棒)和金屬，A錯誤；原電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，B正確；在原電池中，負極上發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，所以電子從負極沿導線流向正極，C錯誤；原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極，則電流的方向是從正極到負極，D錯誤。5(2017湖北部分重點中學期末聯(lián)考)某實驗興趣小組按下圖裝置實驗后，所記錄內(nèi)容合理的是()實驗記錄Cu為正極，Zn為負極；Zn質(zhì)量減少，Cu質(zhì)量增加；SO向Cu極移動；電子流向：由Zn經(jīng)導線流入Cu片；Zn電極發(fā)生還原反應(yīng)；正極反應(yīng)式：Cu22e=Cu。A.BCD考點原電池工作原理和正負極的判斷題點原電池工作原理答案B解析Zn比Cu活潑，Zn為負極，Cu為正極，故正確；銅為正極，發(fā)生反應(yīng)：Cu22e=Cu，銅極質(zhì)量增大，故正確；原電池工作時，陰離子向負極移動，故錯誤；電子由負極流向正極，即電子由Zn電極流向Cu電極，故正確；Zn電極發(fā)生氧化反應(yīng)，故錯誤；正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Cu22e=Cu，故正確。綜上所述，B正確。6人造地球衛(wèi)星用到的一種高能電池銀鋅蓄電池，其電池的電極反應(yīng)式：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。據(jù)此判斷氧化銀是()A負極，被氧化B正極，被還原C負極，被還原D正極，被氧化考點原電池工作原理和正負極的判斷題點正、負極的判斷答案B解析電池的電極反應(yīng)式：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，從中可以看出鋅的化合價升高，所以鋅為負極，被氧化，而氧化銀中的銀化合價降低，被還原，故氧化銀為正極，被還原，故B符合題意。7(2017武漢高一檢測)如圖將鋅片和銅片用導線連接后放入稀硫酸中，發(fā)生原電池反應(yīng)，下列敘述錯誤的是()A溶液的pH增大B溶液中的Zn2濃度增大C溶液中的SO濃度增大D溶液的密度增大考點原電池的工作原理和正負極的判斷題點常考多變的鋅銅原電池答案C解析A項，氫離子濃度降低，溶液的pH增大，正確；B項，鋅不斷溶解,溶液中的Zn2濃度增大，正確；C項，由于在反應(yīng)過程中溶液中SO沒有參加反應(yīng)，所以溶液中c(SO)不變，錯誤；D項，原電池放電時，溶液由硫酸溶液逐漸變成硫酸鋅溶液，所以溶液的密度增大，正確。8.如圖所示裝置，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時A極逐漸變粗，B極逐漸變細，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C應(yīng)是下列各組中的()AA是Zn，B是Cu，C為稀硫酸BA是Cu，B是Zn，C為稀硫酸CA是Fe，B是Ag，C為稀AgNO3溶液DA是Ag，B是Fe，C為稀AgNO3溶液考點原電池工作原理和正負極的判斷題點多角度判斷正、負極答案D解析A極逐漸變粗，說明A極為原電池的正極，溶液中的金屬陽離子得到電子后在A極上析出；B極逐漸變細，說明B極為原電池的負極，失去電子后變成離子進入溶液中。A和B兩項中的反應(yīng)為ZnH2SO4=ZnSO4H2，則A項A極變細，B項A極不變；C和D兩項中的反應(yīng)為Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中C項A極變細，D項A極變粗。題組三原電池工作原理的應(yīng)用9X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結(jié)果如圖所示：則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為()AZYXWBZXYWCZYWXDYZXW考點原電池工作原理的應(yīng)用題點比較金屬活潑性的強弱答案A10(2018南寧六中5月考試)下面是四個化學反應(yīng)，你認為理論上不可用于設(shè)計原電池的化學反應(yīng)是()A2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2B2H2O22H2OCMg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3DCH42O2CO22H2O考點原電池原理的應(yīng)用題點能否設(shè)計原電池的化學反應(yīng)分析答案C解析只有屬于氧化還原反應(yīng)，才能用于設(shè)計原電池；A、B、D屬于氧化還原反應(yīng)，均可以設(shè)計為原電池。C不屬于氧化還原反應(yīng)，不能設(shè)計成原電池，故選C。11(2018北京四中4月月考)為將反應(yīng)2Al6H=2Al33H2的化學能轉(zhuǎn)化為電能，下列裝置能達到目的的是(鋁條均已除去了氧化膜)()考點原電池原理的應(yīng)用題點原電池的設(shè)計答案B解析A項為原電池，鋁為負極，但總反應(yīng)為2Al2OH2H2O=2AlO3H2，不符合；C項為原電池，但硝酸是氧化性酸，則總反應(yīng)為Al4HNO=Al3NO2H2O，不符合；D項裝置中有外接電源，不屬于原電池，不符合。12小穎同學用如圖所示裝置研究原電池原理，下列說法錯誤的是()A若將圖1裝置的Zn、Cu直接接觸，Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生B圖2裝置中SO向Cu片移動C若將圖2中的Zn片改為Mg片，Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快D圖2與圖3中正極生成物的質(zhì)量比為132時，Zn片減輕的質(zhì)量相等考點原電池原理的應(yīng)用題點原電池工作原理的探究答案B解析Zn、Cu直接接觸就能構(gòu)成閉合回路而形成原電池，Cu片上可看到有氣泡產(chǎn)生，A項正確；SO帶負電荷，應(yīng)該向負極Zn片移動，B項錯誤；由于Mg的失電子能力強于Zn，所以將Zn片改為Mg片后，電子轉(zhuǎn)移速率加快，生成H2的速率也加快，C項正確；假設(shè)圖2中正極產(chǎn)生2 g H2，則轉(zhuǎn)移2 mol電子，消耗負極65 g Zn，而圖3中正極析出64 g Cu，也轉(zhuǎn)移2 mol電子，消耗負極65 g Zn，故Zn片減輕的質(zhì)量相等，D項正確。綜合強化13(2017南寧高一檢測)某同學為了探究原電池產(chǎn)生電流的過程，設(shè)計了如圖實驗。(1)打開K，觀察到的現(xiàn)象為_。(2)關(guān)閉K，觀察到的現(xiàn)象是_。此電池的負極的電極反應(yīng)式為_。(3)關(guān)閉K，溶液中陽離子向_(填“Zn”或“C”)極移動，外電路中，電子流動方向是_?？键c原電池原理的應(yīng)用題點原電池的綜合探究實驗答案(1)鋅棒上附著有紅色固體(2)碳棒上附著有紅色固體Zn2e=Zn2(3)CZnC(或負極正極)解析(1)打開K，鋅與硫酸銅接觸，置換出銅，所以可以看到鋅棒上附著有紅色固體。(2)關(guān)閉K，形成原電池，鋅作負極，碳作正極，溶液中的銅離子在碳棒上得到電子生成銅，看到碳棒上附著有紅色固體；負極反應(yīng)為Zn2e=Zn2。(3)關(guān)閉K，溶液中的陽離子向正極移動，即向碳棒移動，電子從鋅出來經(jīng)過導線流向碳。14(2017咸寧高一檢測)理論上講，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。請利用反應(yīng)“Cu2Ag=2AgCu2”設(shè)計一個化學電池(正極材料用碳棒)，回答下列問題：(1)該電池的負極材料是_，發(fā)生_反應(yīng)(填“氧化”或“還原”)，電解質(zhì)溶液是_。(2)正極上出現(xiàn)的現(xiàn)象是_。(3)若導線上轉(zhuǎn)移電子1mol，則生成銀_g?？键c原電池原理的應(yīng)用題點原電池的設(shè)計答案(1)Cu氧化AgNO3溶液(2)碳棒上出現(xiàn)銀白色物質(zhì)(3)108解析(1)根據(jù)電池的總反應(yīng)，可知負極一般是失電子的物質(zhì)，所以負極材料應(yīng)該是銅，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)溶液是一種可溶性的銀鹽溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正極上是溶液中的銀離子得到電子變成銀單質(zhì)，所以正極上的現(xiàn)象是碳棒上出現(xiàn)銀白色物質(zhì)。(3)當導線上轉(zhuǎn)移1 mol電子的時候，正極上會析出1 mol銀單質(zhì)，所以正極上生成的銀的質(zhì)量是108 g。15某化學興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用，在常溫下，設(shè)計并進行了以下一系列實驗，實驗結(jié)果記錄如下。編號電極材料電解質(zhì)溶液電流表指針偏轉(zhuǎn)方向1Al、Mg稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀鹽酸偏向石墨4Al、Mg氫氧化鈉溶液偏向Mg5Al、Zn濃硝酸偏向Al試根據(jù)上表中的實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1)實驗1、2中Al所作的電極(正極或負極)是否相同(填“是”或“否”)？_。(2)由實驗3完成下列填空：鋁為_極，電極反應(yīng)式：_；石墨為_極，電極反應(yīng)式：_；電池總反應(yīng)式：_。(3)實驗4中鋁作負極還是正極？_，理由是_。寫出鋁電極的電極反應(yīng)式：_。(4)解釋實驗5中電流表指針偏向鋁的原因：_。(5)根據(jù)實驗結(jié)果總結(jié)出影響鋁在原電池中作正極或負極的因素：_?？键c原電池工作原理和正負極的判斷題點多角度判斷正、負極答案(1)否(2)負2Al6e=2Al3正6H6e=3H22Al6HCl=2AlCl33H2(3)負極在NaOH溶液中，活動性：AlMgAl3e4OH=AlO2H2O(4)Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，Zn在濃硝酸中發(fā)生反應(yīng)，被氧化，即在濃硝酸中，活動性：ZnAl，Al是原電池的正極(5)另一個電極材料的活動性；電解質(zhì)溶液解析在稀鹽酸中的活動性：MgAlCu。由實驗1和2可知，原電池中電流表指針是偏向正極。在實驗3中電流表指針偏向石墨，由上述規(guī)律可知，Al是負極，石墨是正極，化學反應(yīng)是Al失去電子被氧化為Al3，鹽酸中的H得到電子被還原為H2。在NaOH溶液中活動性：AlMg，則Al是負極，Mg是正極。Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，Zn在濃硝酸中被氧化，即在濃硝酸中活動性：ZnAl，Zn是負極，Al是正極，所以在實驗5中電流表指針偏向鋁。