A．12C、13C、14C质子数不同，中子数相同，互为同位素；金刚石、石墨都是碳元素的形成的不同单质，互为同素异形体，故A错误； B．12C和13C都是碳原子，但质量数不同，故B错误；C．O2和O3都是由氧元素组成的物质，是混合物，故C错误；D．有相同质子数，不同中子数的原子互为同位素，故D正确，故选D．
