A、用两个相同型号的塑料瓶各收集一瓶氧气和二氧化碳，再分别注入等量的水，旋紧瓶盖，振荡，符合控制变量的要求，通过观察塑料瓶变瘪的程度，可以比较氧气和二氧化碳在水中溶解度性的强弱，故选项实验方案设计合理．

　　B、用等体积等质量分数的双氧水和不同质量的二氧化锰混合，符合控制变量的要求，测定收集相同体积氧气所需要的时间，可以探究催化剂用量对反应速率的影响，故选项实验方案设计合理．

　　C、取等体积不同地区的两种天然水，分别加入不同体积的同种肥皂水，振荡；由于加入的肥皂水的体积不同，通过观察产生泡沫的多少，无法比较两种天然水中Ca2+、Mg2+含量的高低，不符合控制变量的要求，故选项实验方案设计不合理．

　　D、在相同规格的烧杯中分别加入等体积的热水和冷水，分别在其中加一滴红墨水，符合控制变量的要求，比较红墨水在水中的扩散速率，可以探究温度对分子运动速率的影响，故选项实验方案设计合理．

　　故选：C．