A、反应前，氧气属于单质，氧元素以游离态存在，反应后，水和二氧化碳属于化合物，氧元素以化合态存在；

B、反应前，碳酸属于化合物，氧元素以化合态存在，反应后，水和二氧化碳属于化合物，氧元素以化合态存在；

C、反应前，氧气属于单质，氧元素以游离态存在，反应后，五氧化二磷属于化合物，氧元素以化合态存在；

D、反应前，水属于化合物，氧元素以化合态存在，反应后，氧气属于单质，氧元素以游离态存在．

由分析可知，D选项中的氧元素由化合态转化为游离态．

故选：D．