某化学兴趣小组的同学在学习了《铝  金属材料》一节后，产生了浓厚的实验探究兴趣，欲对铝热反应进行实验探究。下面是他们活动的一则案例，请你帮助完成相关的内容，回答有关问题。
实验目的
1.观察铝热反应的现象，认识铝的还原性及其应用。
2.提高设计实验方案的能力及观察问题、分析问题的能力，增强实验探究意识。
实验原理
铝具有较强的还原性，在高温下，能把没有它活泼的金属从其氧化物中还原出来。
金属氧化物+铝金属+氧化铝
还原性：铝>金属
仪器和药品
蒸发皿、铁架台（带铁圈）、小试管、烧杯、药匙、坩埚钳、镊子、剪刀、火柴、砂纸、滤纸、长铁钉、砂子、三氧化二铁、铝粉、镁条、氯酸钾。
实验预测
铝是一种活泼金属，可能与其他金属的氧化物发生置换反应。
实验操作
甲同学在如图所示装置中加入药品（蒸发皿内盛有砂子）。

该同学引发铝热反应的实验操作是__________________。
实验现象
上述实验观察到的现象是_______________。
实验结论
在高温下，铝与氧化铁反应，放出大量的热。反应的化学方程式为_______________。
提出问题
乙同学对该实验进行了分析，发现存在几点明显不足：
1.因滤纸的遮挡、燃烧生成大量的烟和反应速率过快等而不易观察清楚红热现象。
2.铁珠四溅，容易发生事故。
实验改进
实验小组的同学积极思考，对实验进行了改进，取得了良好的效果。其改进实验如下：

如上图所示连好装置，加好药品。其中蒸发皿中盛满砂子（用水润湿），在小试管内装入1/3干燥的砂子。用镊子向砂子中插入两支去掉钉帽的铁钉，将铁钉约1/4部分留在砂子外并用镊子将其靠紧。在砂子上面装满氧化铁和铝粉的混合物。在小试管上部放入少量氯酸钾粉末，并在其中插入一根镁条，点燃镁条。反应完全后，用坩埚钳夹住小试管的上端并将其敲断，倒出砂子并取出已焊接在一起的两支铁钉。
观察与思考
1.实验中氯酸钾和镁条的作用是什么？
2.你认为改进后的实验具有的优点是：_______________。
3.铝热反应有什么用途？

化学是一门以实验为基础的科学，化学所取得的丰硕成果，是与实验的重要作用分不开的．结合下列实验装置图回答问题：
（1）写出指定仪器的名称：①______；②______．
（2）下面四种途径都可以得到氧气：

丁途径得到氧气是______变化（填物理或化学）．以绿色化学的理念，你认为甲、乙、丙三种制取氧气的途径中，______（填“甲”、“乙”或“丙”）途径更能体现化学实验的绿色化追求．
（3）用氯酸钾制取氧气的原理是（中文表达式）______，反应类型为______．可选用的发生装置是______（填字母代号）．若用装置E收集的氧气不纯，其操作上的原因可能是：______
（4）制取氧气时可选用C装置来收集氧气，其理是______．