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replaced http://stackoverflow.com/ with https://stackoverflow.com/

Encontrei a solução com base nessa pergunta do SOen da resposta do @MaiconCarraro.

Utilizei a função document.caretRangeFromPoint(x, y), que cria uma seleção de texto na coordenada infomada. O objeto retornado contém as informações que eu preciso: o elemento DOM (.startElement) e o "indice" da posição (.startOffset).

Para o meu problema foi a melhor solução porque não altera o DOM (como a solução com <span>) e não é necessário iterar diversos elementos. O ponto negativo é a diferença entre navegadores, mas no meu caso só precisa atender webkit.

Nota: a especificação recomenda a implementação da função document.caretPositionFromPoint() mas o webkit e IE criaram alternativas próprias.

No trecho de código abaixo mantive a função de obter a palavra inteira, além de obter o elemento DOM e a posição do texto (deve funcionar em navegadores atualizados).

document.addEventListener('click', function(e) {
  e.preventDefault();
  var caret, range;
  if (document.caretRangeFromPoint) { // webkit/chrome
    range = document.caretRangeFromPoint(e.clientX, e.clientY);
    // elemento DOM
    // range.startElement
    // posição
    // range.startOffset
  } else if (document.caretPositionFromPoint) { // gecko/firefox
    caret = document.caretPositionFromPoint(e.clientX, e.clientY);
    range = document.createRange();
    range.setStart(caret.offsetNode, caret.offset); // elemento DOM e posição
  }

  // obter palavra
  if (range) { // comum para chrome e firefox
    selection = window.getSelection();
    selection.removeAllRanges();
    selection.addRange(range);
    selection.modify('move', 'backward', 'word');
    selection.modify('extend', 'forward', 'word');
    alert(selection.toString());
    selection.collapse(selection.anchorNode, 0);
  } else if (document.body.createTextRange) {
    // tudo diferente para o internet explorer
    // obter palavra
    range = document.body.createTextRange();
    range.moveToPoint(event.clientX, event.clientY);
    range.select();
    range.expand('word');
    alert(range.text);
    // elemento DOM
    // range.parentElement();
    // posição
    // var range_copy = range.duplicate();
    // range_copy.moveToElementText(range.parentElement());
    // range_copy.setEndPoint('EndToEnd', range);
    // range_copy.text.length
  }

}, false);
div {margin: 15px 0;}
p {margin: 0;}
<div>
  <p>Cras vel erat sit amet eros posuere volutpat nec in massa. Quisque dignissim mollis aliquet.</p>
  <p>Fusce suscipit rhoncus mi a dapibus. Donec nisl augue, molestie sed porttitor id, pulvinar tempor neque.</p>
  <p>Vestibulum ante ipsum primis in faucibus orci luctus et ultrices posuere cubilia Curae; Donec et enim eleifend velit faucibus consequat vel at risus.</p>
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<div>
  <p>Aliquam erat volutpat.</p>
  <p>Phasellus ornare feugiat convallis. Aenean tincidunt tristique sem eu porttitor. Aliquam convallis eu purus et venenatis.</p>
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  <p>Integer eu sapien odio. Morbi blandit nibh leo, in dapibus sem malesuada vitae. Etiam sit amet tristique sem.</p>
  <p>Sed mattis lectus lorem, at dapibus leo suscipit quis. Nunc in massa quis mauris suscipit gravida. Sed at nunc mauris. Duis et lectus ex.</p>
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fontes (em inglês):

Pedro Sanção
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