解题思路：X、Y、Z是3种短周期元素，X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，则X有2个电子层，最外层电子数为6，故X为氧元素；X、Y位于同一族，故Y为硫元素；Y、Z处于同一周期，Z原子的核外电子数比Y少1，则Z原子的核外电子数为15，故Z为磷元素．结合元素周期律解答．
X、Y、Z是3种短周期元素，X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，则X有2个电子层，最外层电子数为6，故X为氧元素；X、Y位于同一族，故Y为硫元素；Y、Z处于同一周期，Z原子的核外电子数比Y少1，则Z原子的核外电子数为15，故Z为磷元素．
A、同周期自左而右非金属性增强，同主族自上而下非金属性减弱，所以非金属性P＜S＜O，即Z＜Y＜X，故A错误；
B、Y为硫元素，最高价氧化物对应水化物的化学式可表示为H2SO4，故B错误；
C、非金属性P＜S＜O，非金属性越强，氢化物越稳定，所以氢化物稳定性Z＜Y＜X，故C错误；
D、同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，所以原子半径P＞S＞O，即Z＞Y＞X，故D正确．
故选：D．
点评：
本题考点： 位置结构性质的相互关系应用．
考点点评： 考查结构与位置关系、元素周期律、核外电子排布规律等，难度不大，推断元素是关键，突破口为X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍．