小火鍋自熱包的發熱原理主要基于生石灰（氧化鈣，CaO）與水發生劇烈的水合反應，這是熱源，輔以其他成分（如、碳酸鈉、鐵粉、活性炭等）來優化反應速度、溫度和持續時間。

以下是詳細過程：

1. 反應：生石灰水合

* 自熱包的主要成分是生石灰（CaO）。當加入冷水時，發生以下化學反應：

`CaO (s) + H?O (l) → Ca(OH)? (s) + 熱量`

* 這是一個劇烈的放熱反應。氧化鈣（生石灰）與水結合生成氫氧化鈣（熟石灰），并釋放出大量的熱能。這個反應本身就能在短時間內（幾秒到幾十秒）將溫度迅速提升到90°C以上，甚至接近100°C。

* 這是自熱包的、基礎的熱量來源。

2. 關鍵輔助：反應

* 為了補充熱量并維持高溫時間（通常需要15-20分鐘來煮熟食物），自熱包中通常添加了（Al）。

* 在堿性環境中能與水反應：`2Al + 2NaOH + 6H?O → 2NaAl(OH)? + 3H? + 熱量`

* 然而，初始反應體系中并沒有現成的（NaOH）。這時碳酸鈉（Na?CO?，常作為填充劑和pH調節劑） 就發揮了作用。生石灰水合產生的氫氧化鈣`Ca(OH)?`是強堿，它能與碳酸鈉反應：`Ca(OH)? + Na?CO? → CaCO?↓ + 2NaOH`

* 生成的（NaOH） 提供了反應所需的強堿性環境。于是得以持續與水反應，再次釋放大量熱量，并產生氫氣（H?）。這個反應放熱穩定，有效延長了高溫時間。

3. 其他成分的作用

* 碳酸鈉（Na?CO?）： 如上所述，與氫氧化鈣反應生成，為反應創造條件；同時其溶解吸熱也有一定的緩沖作用，防止初始升溫過于劇烈。

* 鐵粉： 可能參與微弱的電化學腐蝕（在鹽分存在下）或氧化反應，貢獻少量額外熱量，并可能幫助消耗反應初期產生的少量氧氣。

* 活性炭/炭粉： 主要作為分散劑和保溫材料。它能吸附反應產生的水蒸氣，使水分更均勻地接觸反應物；其多孔結構也有助于儲存部分熱量，減緩散熱速度，使加熱更均勻持久。

* 氯化鈉（）： 通常作為催化劑或電解質，加速反應（特別是鐵粉的腐蝕或形成原電池），并可能降低水的冰點（在寒冷環境下有用）。

* 硅藻土/蛭石： 作為吸水劑和載體，吸收多余水分防止反應過于劇烈，并承載反應物。

4. 安全與結構設計

* 反應產生的氫氣（H?） 具有可燃性。因此自熱包的外包裝（無紡布）和自熱火鍋/米飯的外盒都設計有透氣孔或透氣膜，確保氫氣安全緩慢地釋放到大氣中，防止積聚導致風險。使用時務必保證透氣孔暢通，不能密閉容器！

* 反應終產物主要是氫氧化鈣`Ca(OH)?`、碳酸鈣`CaCO?`、氫氧化鋁凝膠等，具有強堿性，不可食用，處理時也需小心避免接觸皮膚或眼睛。

總結來說：

小火鍋自熱包的發熱是一個多組分協同作用的化學過程。生石灰（CaO）遇水發生水合反應是瞬時高溫的；（Al）在碳酸鈉（Na?CO?）和生石灰水合產物共同創造的堿性環境中持續與水反應，提供穩定且持久的熱量輸出；其他成分（鐵粉、活性炭、等）則起到加速反應、分散熱量、維持溫度、吸收水分等輔助作用。巧妙的設計確保了在可控和安全的前提下，快速產生足夠的熱量來加熱食物。整個過程的本質是將化學能（反應物的化學鍵能）地轉化為熱能。