A、同种元素的不同微粒，核外电子数不相等，如钠原子和钠离子的核外电子数分别为11和10，故A错误；
B、同种元素的不同微粒，中子数可能不相等，如氢元素的三种核素氕、氘、氚中子数分别为0、1、2，故B错误；
C、元素相同则质子数一定相等，但是在氧气和臭氧分子中，质子数分别是16和24，不相等，故C错误；
D、元素的原子和离子的化学性质不一定相同，如金属钠和钠离子，故D正确．
故选D．