答案：D

题目分析：质子数决定元素的种类，所以质子数相同时，元素种类相同；最外层电子数决定元素的化学性质，最外层电子数相同时化学性质相似。

A、①和②的质子数相同，都等于8，所以①和②是同种元素，正确；

B、④最外层电子数为1，少于4个，属于金属元素，正确；

C、①和③的最外层电子数相同，都是6，所以化学性质相似，正确；

D、最外层电子数达到相对稳定结构的原子属于稀有气体元素，而②是离子，错误。故选D

点评：解答此类题要牢记两点：质子数决定元素的种类，最外层电子数决定元素的化学性质。