Возможно ли требовать безвозмездное предоставление заменяющего товара при гарантийном ремонте смартфона?

Да, обязан. Это прямо следует из положений ст. 20 Закона РФ «О защите прав потребителей»

2. В отношении товаров длительного пользования изготовитель, продавец либо уполномоченная организация или уполномоченный индивидуальный предприниматель обязаны при предъявлении потребителем указанного требования в трехдневный срок безвозмездно предоставить потребителю на период ремонта товар длительного пользования, обладающий этими же основными потребительскими свойствами, обеспечив доставку за свой счет. Перечень товаров длительного пользования, на которые указанное требование не распространяется, устанавливается Правительством Российской Федерации.

Соответственно в целях доказывания неисполнения данного требования лучше обращаться к продавцу с письменным заявлением.

В качестве меры ответственности предусмотрено взыскание неустойки.

Согласно ст. 23 Закона

1. За нарушение предусмотренных статьями 20, 21 и 22 настоящего Закона сроков, атакже за невыполнение (задержку выполнения) требования потребителя о предоставлении ему на период ремонта (замены) аналогичного товара продавец (изготовитель, уполномоченная организация или уполномоченный индивидуальный предприниматель, импортер), допустивший такие нарушения, уплачивает потребителюза каждый день просрочки неустойку (пеню) в размере одного процента цены товара.