Ответ:

Нормативный нейтральный вариант — «вместо мяча»: предлог указывает, что воздушный шарик использовали взамен мяча. «Заместо» встречается в разговорной речи, но для нейтрального литературного текста подходит «вместо».

Ответ: вместо.