A、因氧气和臭氧是两种不同的物质，则氧气变成臭氧的过程是化学变化，故A错误；
B、氧气与臭氧都是O元素组成的单质，它们属于同素异形体，同位素是质子数相同而中子不同的原子，故B错误；
C、根据臭氧的化学式O₃，可知1个分子中由3个O原子构成，故C错误；
D、臭氧的化学式O₃，氧气的化学式为O₂，则氧气、臭氧是两种不同单质，故D正确；
故选D．