A、水分子为V形,正负电荷中重心不重叠,为极性分子;甲烷为正四面体结构,正负电荷重心重叠,为非极性分子,故A错误;
B、可燃冰为甲烷水合物,有固定组成,属于纯净物,所以通过化学键结合在一起,故B错误;
C、甲烷水合物中氧的3个p层轨道中一个是全满,两个是半满,于是这两个轨道被氢原子的核外电子所填满,因此总共有1个s轨道,3个p轨道参与杂化,所以是sp3杂化;甲烷水合物中C的2s轨道与3个2p轨道杂化成4个sp3杂化轨道,所以它们的成键电子的原子轨道都是sp3-S,故C正确;
D、甲烷空间结构为正四面体结构,水为平面V字型的结构,它们的立体结构不相同,故D错误;
故选C.