答案：D

题目分析：分子是保持物质化学性质的最小粒子，所以能保持氧气化学性质的最小粒子是氧分子。

A、表示氧原子，故A错误；

B、表示水分子，故B错误；

C、表示氧离子，故C错误；

D、表示氧分子，故D正确。故选D

点评：构成物质的微粒有分子、原子和离子，由分子构成的物质，分子就是保持这种物质化学性质的最小粒子。