A、二氧化碳会与水生成碳酸，但是也没有现象，氧气和空气都不会与水反应，不能鉴别，故A错误；
B、根据氧气和空气都不会使石灰水变浑浊，不能鉴别，故B错误；
C、氧气和水都不会与水反应，生成物不能使紫色石蕊变色，不能鉴别，故C错误；
D、燃着木条在空气中现象不变，在氧气中燃烧更旺，在二氧化碳中熄灭，现象不同，可以鉴别，故D正确．
故选D．