A、质子数决定元素的种类，结构示意图中圈内数字为粒子的质子数，图示的四种微粒中，质子数有8、11、12三种，四种粒子属于3种元素，故A不正确；
B、在结构示意图中，当核内质子数大于核外电子数时为阳离子，当核内质子数小于核外电子数时为阴离子，①中核内质子数小于核外电子数时为阴离子，②核内质子数大于核外电子数时为阳离子中，为阳离子，故B不正确；
C、微粒③的结构示意图表示该微粒为阳离子，根据其离子结构可判断该元素的原子结构中电外层有2个电子，小于4，该元素为金属元素；故C不正确；
D、微粒②的最外层电子数为2，表现出易失最外层的2个电子，则该元素的化合价为+2价；故D正确；
故选D．