A、二氧化碳是化合物,干冰是固态二氧化碳,故选项错误;
B、氢气是单质,液氢是液态氢气,是同种单质,故选项错误;C、大理石的主要成分是碳酸钙,石灰石的主要成分也是碳酸钙,都不是单质,故选项错误;
D、金刚石和石墨都是碳元素组成,它们是同素异形体,因为原子的排列方式不同所以形成两种不同的单质,故选项正确;
故选:D.
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