Sachverhalt: A. F._, geboren 1975, gelernter Maler, meldete sich am 19. Mai 2008 unter Angabe unfallbedingter Beschwerden am rechten Handgelenk bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug ("Massnahmen für die berufliche Eingliederung") an. Die IV-Stelle des Kantons Thurgau wies das Leistungsbegehren mit Verfügung vom 7. Oktober 2008 ab. Die dagegen erhobene Beschwerde hiess das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau mit Entscheid vom 18. März 2009 bezüglich des Anspruchs auf Berufsberatung und Arbeitsvermittlung teilweise gut und wies das Begehren auf Umschulung ab. In der Folge gewährte die IV-Stelle F._ Arbeitsvermittlung. Sie schloss sie mit Mitteilung vom 19. April 2010 erfolglos ab. Am 15. September 2010 meldete sich F._ erneut bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Er gab an, unter krankheits- und unfallbedingten somatischen und psychischen Problemen zu leiden. Die IV-Stelle trat auf das neue Gesuch ein und beauftragte im Rahmen der medizinischen Abklärung das Institut X._ mit einer polydisziplinären Abklärung (Gutachten vom 24. Oktober 2011). Mit Vorbescheiden vom 3. November 2011 und Verfügungen vom 9. Februar 2012 verneinte sie den Anspruch auf berufliche Massnahmen und auf eine Invalidenrente (Invaliditätsgrad von 30 %). Zudem lehnte sie das Gesuch um Bewilligung eines unentgeltlichen Rechtsbeistandes im Vorbescheidverfahren ab. B. F._ liess beim Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau Beschwerde erheben und beantragen, die IV-Stelle sei zu verpflichten, ihm eine ganze Invalidenrente auszurichten; eventualiter habe sie ihm geeignete berufliche Massnahmen zu ermöglichen; zudem habe sie für den Aufwand des Rechtsvertreters im Vorbescheidverfahren aufzukommen. Das Gericht wies die Beschwerde mit Entscheid vom 16. Mai 2012 ab. C. F._ lässt hiegegen Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen. Er beantragt, der angefochtene Entscheid sei aufzuheben und die IV-Stelle zur Ausrichtung einer ganzen Rente zu verpflichten; eventualiter sei sie anzuhalten, ihm eine geeignete berufliche Massnahme zu ermöglichen; eventualiter sei die Sache zur Vornahme weiterer Abklärungen und zum Neuentscheid an die Vorinstanz, subeventualiter an die IV-Stelle, zurückzuweisen. Die IV-Stelle sei zu verpflichten, ihm die unentgeltliche Rechtsverbeiständung im Verwaltungsverfahren zu bewilligen und für den Aufwand des Rechtsvertreters im Vorbescheidverfahren aufzukommen. Zudem ersucht er um Gewährung der unentgeltlichen Prozessführung vor Bundesgericht.