1. Дробное матожидание вполне возможно.
2. Это Вы с формулой для использования хи-квадрат применительно к таблицам затруднились. Где задача оценить связь двух качественных переменных. Одна соответствует строкам, вторая столбцам. Поэтому перемножается число строк и число столбцов (с поправкой на то, что не все данные независимы, поэтому единички вычитаются). В Вашем случае есть 6 ячеек, но одна степень свободы убегает, поскольку ожидаемое число наблюдений считается по наблюдаемым,
. Слегка вульгаризуя - каждая ячейка это пакет с информацией, но один пакет Вы вскрыли, чтобы оценить матожидание в нулевой гипотезе, осталось
степеней свободы.
3. Распределения у них нетождественные, но при росте выборки стремятся к одному. То есть можно попробовать хи-квадрат, как критерий (двойка перед суммой как раз, чтобы были "в одном размере").