Sachverhalt: A. Das Kantonsgericht St. Gallen verurteilte X._ zweitinstanzlich wegen Mordes, mehrfacher Drohung, mehrfacher Nötigung und einfacher Körperverletzung zu einer Freiheitsstrafe von 19 Jahren. Dem Schuldspruch wegen Mordes liegt folgender Sachverhalt zugrunde: X._ lenkte seinen Personenwagen am 8. November 2011 mit einer Geschwindigkeit von 80-90 km/h gezielt in seine von ihm getrennt lebende Ehefrau, die auf dem Trottoir ging, und erfasste sie von hinten. Sie wurde in die Windschutzscheibe des Wagens geschleudert und kam halb auf dem Trottoir, halb auf der angrenzenden Wiese zu liegen. X._ hielt seinen Wagen an, behändigte aus dem Kofferraum einen Radmutternschlüssel, der mit einem Eisenrohr verlängert war, und begab sich zu seiner Ehefrau. Nachdem er ihren Körper ganz auf das Trottoir gezogen hatte, schlug er mit dem Radmutternschlüssel vier bis fünf Mal mit grosser Kraft auf ihren Kopf. Seine Ehefrau erlag ihren Verletzungen, was X._ wollte. B. X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, das Urteil des Kantonsgerichts sei aufzuheben, und er sei wegen vorsätzlicher Tötung anstatt Mordes schuldig zu sprechen. Er sei zu einer Freiheitsstrafe von 10 Jahren zu verurteilen. Eventualiter sei die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.