A、氢分子分成氢原子，氯分子分解成氯原子，氢原子和氯原子结合成氯化氢分子，所以氢分子不是变化中最小粒子，故A错；

B、氢分子分成氢原子，氯分子分解成氯原子，氢原子和氯原子结合成氯化氢分子，所以氯分子不是变化中最小粒子，故B错；

C、氢分子分成氢原子，氯分子分解成氯原子，氢原子和氯原子结合成氯化氢分子，所以变化中最小的微粒是原子，不是分子，故C错；

D、原子是化学变化中的最小粒子，在氢气和氯气的反应中最小粒子是氢原子和氯原子，故D正确．

故选D．