从微观上看，物理变化发生时分子本身不变，化学变化发生时分子破裂成原子，原子重新组合成新的分子，故对由分子构成的物质，在物理变化中最小的粒子是分子，在化学变化中最小的粒子是原子．

A、氧气溶解于水是物理变化，变化中的最小粒子是分子，所以错误．

B、水受热后汽化是物理变化，变化中的最小粒子是分子，所以错误．

C、水分解生成氢气和氧气，变化时有新物质生成，是化学变化，变化中的最小粒子是原子，所以正确．

D、氮气的化学性质不活泼，贮氮气的钢瓶受热爆炸是气体受热膨胀造成的，是物理变化，变化中的最小粒子是分子，所以错误．

故选C．