解题思路：根据电解水的知识进行分析，正极产生的是氧气，负极产生的是氢气，氢气与氧气的体积比为2：1，据此分析．
A、a与电源的正极相连，所以试管a中收集到的气体是氧气，故A错误；
B、电解水时正极产生的是氧气，负极产生的是氢气，所以可知水是由氢、氧元素组成的氧化物，故B错误；
C、电解水时正极产生的是氧气，负极产生的是氢气，所以可知水是由氢、氧元素组成的化合物，故C正确；
D、a试管与电源的正极相连，生成氧气，b试管与电源的负极相连，生成氢气，二者的体积比为1：2，所以若试管a中体积为10mL，则试管b中气体体积为20mL，故D错误．
故选：C．
点评：
本题考点： 电解水实验；单质和化合物的判别．
考点点评： 考点是电解水的实验，从实验现象可以判断氢气与氧气的体积比，并且根据反应前后元素的种类不变，可以得出水的组成元素．从微观上，也可以用分子原子的观点解释化学变化．