硅广泛应用于计算机技术领域。工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅制得粗硅。某研究性学习小组在实验条件下对过量炭粉与二氧化硅反应的气体产物成分进行探究。
（1）提出假设
①该反应的气体产物是CO₂
②改反应的气体产物是CO
③该反应的气体产物是_________。
（2）设计方案，利用如图所示装置进行实验

（3）查阅资料
①在该实验条件下氮气不与碳、硅、二氧化硅发生反应
②实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热制得氮气

氮气的发生装置可以选择上图中的____，反应的化学方程式为_________。
（4）实验步骤
①连接好装置后，称取12.0g二氧化硅，10.0g碳粉混合均匀，放入质量为48.0g的硬质玻璃管中。放入药品前应进行的操作是__________
②打开弹簧夹，向装置中通入纯净干燥的氮气。
③停止通入氮气后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，发现澄清石灰水（足量）变浑浊。
④待反应结束，停止加热，再缓缓通入一段时间的氮气，冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为60.0g。再缓缓通入氮气的作用为_____________
⑤将石灰水过滤、洗涤、烘干，称量固体质量为10.0g。该操作中过滤、洗涤时用到的玻璃仪器是_____；至少称量____次。
（5）数据处理
根据所得实验数据，该实验中二氧化硅与碳发生反应的化学方程式为_________
（6）实验优化
学习小组有同学认为对实验装置需要进一步完善、改进：
①_______________；②将澄清石灰水换成浓氢氧化钡溶液。