D
解：①元素的研究对象是原子，质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如CH4与H2O，若为原子则属于同种元素，故①错误；
②互为同位素原子，核外电子排布相同，最外层电子数决定化学性质，同位素的化学性质几乎完全相同，故②错误；
③分子显电中性，离子带电，两种粒子质子数和电子数均相同，如果一种为分子则质子数与电子数相等，一种为离子则质子数和电子数不相等，这样就与题设矛盾，所以不可能为一种分子、一种离子，故③正确；
④电子数相同的粒子不一定属于同种元素，如CH4与H2O，Na+与Mg2+，故④正确；
⑤一种元素可能存在不同的核素，同一元素的原子可能有不同的质量数，故⑤错误；
⑥同位素中子数不相同，故⑥错误．
所以①②⑤⑥不正确．
故选：D．
