答案：D

题目分析：只由一种元素组成的纯净物，是单质，AB正确；单质也可能存在于混合物中，如空气中的氧气属单质，C正确；由同种元素组成的物质不一定是单质，如氧气和臭氧的混合物，属混合物，D错误。故选D。