小火锅自热包的发热原理主要基于生石灰（氧化钙，CaO）与水发生剧烈的水合反应，这是热源，辅以其他成分（如、碳酸钠、铁粉、活性炭等）来优化反应速度、温度和持续时间。

以下是详细过程：

1. 反应：生石灰水合

* 自热包的主要成分是生石灰（CaO）。当加入冷水时，发生以下化学反应：

`CaO (s) + H₂O (l) → Ca(OH)₂ (s) + 热量`

* 这是一个剧烈的放热反应。氧化钙（生石灰）与水结合生成氢氧化钙（熟石灰），并释放出大量的热能。这个反应本身就能在短时间内（几秒到几十秒）将温度迅速提升到90°C以上，甚至接近100°C。

* 这是自热包的、基础的热量来源。

2. 关键辅助：反应

* 为了补充热量并维持高温时间（通常需要15-20分钟来煮熟食物），自热包中通常添加了（Al）。

* 在碱性环境中能与水反应：`2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2NaAl(OH)₄ + 3H₂ + 热量`

* 然而，初始反应体系中并没有现成的（NaOH）。这时碳酸钠（Na₂CO₃，常作为填充剂和pH调节剂） 就发挥了作用。生石灰水合产生的氢氧化钙`Ca(OH)₂`是强碱，它能与碳酸钠反应：`Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaOH`

* 生成的（NaOH） 提供了反应所需的强碱性环境。于是得以持续与水反应，再次释放大量热量，并产生氢气（H₂）。这个反应放热稳定，有效延长了高温时间。

3. 其他成分的作用

* 碳酸钠（Na₂CO₃）： 如上所述，与氢氧化钙反应生成，为反应创造条件；同时其溶解吸热也有一定的缓冲作用，防止初始升温过于剧烈。

* 铁粉： 可能参与微弱的电化学腐蚀（在盐分存在下）或氧化反应，贡献少量额外热量，并可能帮助消耗反应初期产生的少量氧气。

* 活性炭/炭粉： 主要作为分散剂和保温材料。它能吸附反应产生的水蒸气，使水分更均匀地接触反应物；其多孔结构也有助于储存部分热量，减缓散热速度，使加热更均匀持久。

* 氯化钠（）： 通常作为催化剂或电解质，加速反应（特别是铁粉的腐蚀或形成原电池），并可能降低水的冰点（在寒冷环境下有用）。

* 硅藻土/蛭石： 作为吸水剂和载体，吸收多余水分防止反应过于剧烈，并承载反应物。

4. 安全与结构设计

* 反应产生的氢气（H₂） 具有可燃性。因此自热包的外包装（无纺布）和自热火锅/米饭的外盒都设计有透气孔或透气膜，确保氢气安全缓慢地释放到大气中，防止积聚导致风险。使用时务必保证透气孔畅通，不能密闭容器！

* 反应终产物主要是氢氧化钙`Ca(OH)₂`、碳酸钙`CaCO₃`、氢氧化铝凝胶等，具有强碱性，不可食用，处理时也需小心避免接触皮肤或眼睛。

总结来说：

小火锅自热包的发热是一个多组分协同作用的化学过程。生石灰（CaO）遇水发生水合反应是瞬时高温的；（Al）在碳酸钠（Na₂CO₃）和生石灰水合产物共同创造的碱性环境中持续与水反应，提供稳定且持久的热量输出；其他成分（铁粉、活性炭、等）则起到加速反应、分散热量、维持温度、吸收水分等辅助作用。巧妙的设计确保了在可控和安全的前提下，快速产生足够的热量来加热食物。整个过程的本质是将化学能（反应物的化学键能）地转化为热能。