A、石油分馏出汽油、柴油是根据它们的沸点不同，进行的混合物的分离，没有新物质生成，属于物理变化，故A错；

　　B、利用膜法从海水中获得淡水是将水和其它物质分离开的过程，没有新物质生成，属于物理变化，故B错；

　　C、铁矿石冶炼成铁是利用还原剂与铁的化合物反应生成铁，有新物质生成，属于化学变化，故C正确；

　　D、工业上从空气中分离出氧气是利用液态氮的沸点和液态氧的沸点不同，进行混合物的分离，没用新物质生成，属于物理变化，故D错．

　　故选C．