金属（ $Ti$）具有熔点高、密度小、抗腐蚀，易于加工等优良性能，被誉为"未来的金属"。工业上以钛酸铁（ $FeTi{O}_3$）等原料经过一系列反应制备纳米二氧化钛和钛。主要生产过程如下：（其他产物已略去）

（1）反应①生成两种氧化物和一种有毒的氧化物气体，该气体的化学是。
（2）反应②的化学方程式是。
（3）纳米二氧化钛中钛元素的化合价为价。
（4）反应①②③④中属于置换反应的是(填序号）。