答案：D

A、Fe→FeCl₂，Fe与HCl反应生成FeCl₂与氢气，能由一步反应实现；故A正确；

B、NaOH与碳酸反应生成Na₂CO₃与水，能由一步反应实现；故B正确；

C、CO₂→CaCO₃，CO₂与Ca（OH）₂反应，可生成碳酸钙，能由一步反应实现；故C正确；

D、S→SO₃，S与氧气反应生成SO₂，SO₂再经氧化才生成SO₃，因此不能通过一步反应实现，故D错误；

故选D