A、冰和水是同一种物质且是化合物，故A错；B、一氧化碳和二氧化碳虽然都是由碳和氧两种元素组成，但都属于化合物，故B错；C、液氧是氧气的液态所以氧气和液氧是同一种物质，故C错；D、金刚石是由碳元素组成，且硬度是自然界中最硬的物质，石墨也是由碳元素组成且是最软的矿物之一，由它们的硬度可知，它们是不同的两种单质，但元素组成相同，所以属于同素异形体，故D正确．故选D．
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