答案：C

A、水的化学式是H₂O，含有两种元素，是化合物，故A错误；

B、空气含有多种物质，是混合物，故B错误；

C、氧气的化学式是O₂，只含有一种元素，是单质故C正确；

D、二氧化碳的化学式是CO₂，含有两种元素，是化合物故D错误；

故选C．

点评：本题主要考查了单质的概念，要求同学们加强对基本概念的理解和记忆．